ABSTRACT
Title
Aspetti tossicologici di estratto crudo da Pelagia noctiluca (Cnidaria: Scyphozoa)
Authors
R. Morabito1, A. Marino2, M. Campolo3, E. Esposito3, S. Cuzzocrea3, G. La Spada2.
1Dipartimento di Scienze Cognitive, Università di Messina; 2Dipartimento di Scienze della Vita “M. Malpighi” Sezione di Fisiologia gen. e Farmacologia; 3Dipartimento Clinico-Sperimentale di Medicina e Farmacologia Università di Messina
1Dipartimento di Scienze Cognitive, Università di Messina; 2Dipartimento di Scienze della Vita “M. Malpighi” Sezione di Fisiologia gen. e Farmacologia; 3Dipartimento Clinico-Sperimentale di Medicina e Farmacologia Università di Messina
Abstract
Lo studio della natura, delle caratteristiche chimico-fisiche di composti biologicamente attivi di origine animale e dei loro effetti tossicologici riveste ormai da tempo un interesse scientifico assai diffuso. Nell’ambito di un ampio studio condotto da anni nel nostro laboratorio e considerando il “blooming” della medusa Pelagia noctiluca nello Stretto di Messina, si è voluto indagare sugli effetti tossicologici dell’estratto crudo da nematocisti isolate da tale specie mediante opportuni saggi biologici. Le nematocisti sono organuli intracellulari di cellule altamente specializzate, i nematociti, tipiche dei Celenterati Cnidari. Esse sono costituite da una parete capsulare al cui interno è presente un tubulo introflesso dotato di spine, immerso nel fluido capsulare contenente tossine. A seguito del contatto casuale con l’animale, si ha la rapida estroflessione del tubulo che si infigge nei tessuti della “vittima” iniettando le sostanze tossiche, che possono dare luogo sia a reazioni locali che sistemiche di differente gravità. Questo fenomeno di esocitosi, tra i più rapidi in natura, viene definito “scarica” ed è alla base del successo evolutivo di questi animali così primitivi.
Sono stati pertanto condotti differenti test biologici al fine di identificare non solo gli effetti, ma anche il meccanismo di azione dell’estratto crudo da nematocisti di Pelagia n. che a tutt’oggi non è ancora noto. In particolare, concentrazioni differenti di estratto sono state saggiate su globuli rossi da diverse specie animali, su cellule isolate, quali i nematociti di altre specie di Cnidari, su colture cellulari di linee in monostrato e in sospensione e su modelli sperimentali in vivo.
L’estratto crudo di Pelagia noctiluca induce: i) effetto emolitico dose-dipendente, esibendo la massima percentuale di emolisi dopo 1 h dal trattamento in ciascun tipo di globulo rosso; ii) effetto citotossico su: colture cellulari differenziate di neuroblastoma umano SH-SY5Y utilizzate come modello di cellule nervose, con formazione di ROS, alterazione del potenziale ΔΨm e riduzione della vitalità cellulare; linea monocitaria THP-1, con significativa riduzione di vitalità entro 1 h dal trattamento, senza effetto apoptotico; iii) effetto tossico sulla regolazione del volume cellulare da stress iposmotico (RVD, Regulatory Volume Decrease) in nematociti isolati. La regolazione volumetrica è un parametro omeostatico essenziale per la sopravvivenza di tutte le cellule realizzate mediante l’attivazione di meccanismi di trasporto quali flussi ionici attraverso canali indipendenti e/o cotrasporto. A seguito del trattamento con estratto crudo, le cellule non esibivano RVD, ipotizzando pertanto un effetto diretto sul trasporto di membrana. iv) risposta infiammatoria locale indotta da estratto crudo in un modello sperimentale quale edema della zampa di ratto, significativamente ridotto a seguito di trattamento con melatonina. v) un primo approccio sperimentale su eventuali effetti cardiovascolari dell’estratto crudo in modelli in vivo ha evidenziato una significativa riduzione di pressione arteriosa e frequenza cardiaca in ratti incannulati e trattati con differenti dosi di estratto crudo (i.v.). Alla luce di quanto descritto, si può evidenziare il notevole effetto biologico su differenti target e si può ipotizzare un meccanismo di azione mediato da “pore forming proteins”, dimostrato dall’impiego di protettori osmotici quali PEG (polyethylenglycole) e zuccheri a differenti PM.
Tali risultati danno indicazioni per ulteriori studi al fine di caratterizzare le tossine presenti nell’estratto crudo, di definirne ulteriormente il potere biologico e il meccanismo d’azione e conseguentemente mettere a punto antidoti specifici per contrastare gli effetti derivanti dalle patologie da contatto.
Sono stati pertanto condotti differenti test biologici al fine di identificare non solo gli effetti, ma anche il meccanismo di azione dell’estratto crudo da nematocisti di Pelagia n. che a tutt’oggi non è ancora noto. In particolare, concentrazioni differenti di estratto sono state saggiate su globuli rossi da diverse specie animali, su cellule isolate, quali i nematociti di altre specie di Cnidari, su colture cellulari di linee in monostrato e in sospensione e su modelli sperimentali in vivo.
L’estratto crudo di Pelagia noctiluca induce: i) effetto emolitico dose-dipendente, esibendo la massima percentuale di emolisi dopo 1 h dal trattamento in ciascun tipo di globulo rosso; ii) effetto citotossico su: colture cellulari differenziate di neuroblastoma umano SH-SY5Y utilizzate come modello di cellule nervose, con formazione di ROS, alterazione del potenziale ΔΨm e riduzione della vitalità cellulare; linea monocitaria THP-1, con significativa riduzione di vitalità entro 1 h dal trattamento, senza effetto apoptotico; iii) effetto tossico sulla regolazione del volume cellulare da stress iposmotico (RVD, Regulatory Volume Decrease) in nematociti isolati. La regolazione volumetrica è un parametro omeostatico essenziale per la sopravvivenza di tutte le cellule realizzate mediante l’attivazione di meccanismi di trasporto quali flussi ionici attraverso canali indipendenti e/o cotrasporto. A seguito del trattamento con estratto crudo, le cellule non esibivano RVD, ipotizzando pertanto un effetto diretto sul trasporto di membrana. iv) risposta infiammatoria locale indotta da estratto crudo in un modello sperimentale quale edema della zampa di ratto, significativamente ridotto a seguito di trattamento con melatonina. v) un primo approccio sperimentale su eventuali effetti cardiovascolari dell’estratto crudo in modelli in vivo ha evidenziato una significativa riduzione di pressione arteriosa e frequenza cardiaca in ratti incannulati e trattati con differenti dosi di estratto crudo (i.v.). Alla luce di quanto descritto, si può evidenziare il notevole effetto biologico su differenti target e si può ipotizzare un meccanismo di azione mediato da “pore forming proteins”, dimostrato dall’impiego di protettori osmotici quali PEG (polyethylenglycole) e zuccheri a differenti PM.
Tali risultati danno indicazioni per ulteriori studi al fine di caratterizzare le tossine presenti nell’estratto crudo, di definirne ulteriormente il potere biologico e il meccanismo d’azione e conseguentemente mettere a punto antidoti specifici per contrastare gli effetti derivanti dalle patologie da contatto.