Sistemi cellulari per lo studio della biodisponibilità di nutrienti e non nutrienti

E'ormai ampiamente accettato che la semplice determinazione del contenuto in nutrienti di un alimento o di una dieta non è sufficiente per l'accertamento del valore nutrizionale. È invece indispensabile conoscere la biodisponibilità dei nutrienti, cioè la quantità reale dei nutrienti che dai diversi alimenti e/o diete viene resa disponibile, passa in circolo attraverso gli enterociti assorbenti dell'intestino tenue e arriva alle cellule corporee dove viene utilizzata.

Le misure di biodisponibilità in vivo in animali da esperimento e maggiormente nell'uomo sono lunghe, costose e spesso di difficile interpretazione per l'esistenza di possibili fattori confondenti.

Partendo da queste osservazioni RAISA ha promosso e finanziato un corpo di ricerche, all'epoca e tuttora innovative, aventi lo scopo di mettere a punto e rendere fruibili, per i possibili utenti, modelli costituiti da "sistemi cellulari intestinali" adatti per lo studio della biodisponibilità di nutrienti e non nutrienti veicolati dagli alimenti.

Per tale finalità si trattava di allestire modelli cellulari capaci di riprodurre in vitro le caratteristiche morfo-funzionali degli enterociti differenziati. Utilizzando una linea di cellule epiteliali umane (CACO-2) è stato costruito un modello formato da un monostrato di cellule polarizzate e accoppiate da giunzioni strette, riproducenti l'organizzazione e la funzione di barriera della mucosa intestinale. Il modello, validato utilizzando farmaci antibatterici di cui si conosceva il comportamento in vivo nell'uomo, ha permesso di identificare i diversi meccanismi coinvolti e, successivamente, di caratterizzare i meccanismi di trasporto transepitaliale dell'aminoacido essenziale lisina. I risultati ottenuti dimostrano l'esistenza di almeno due sistemi di efflusso capaci di influenzare il trasporto di questo aminoacido operanti in condizioni diverse, a seconda dello stato di flusso degli aminoacidi della digestione.

Lo stesso modello utilizzato per il rilevamento del rischio di tossicità da oligoelementi essenziali quali zinco e rame ha, fra l'altro, messo in evidenza come l'effetto tossico sia maggiore se i metalli vengono somministrati dal compartimento baso-laterale invece che da quello apicale. Lo stesso vale per il cadmio al rame: si accumula nelle cellule suggerendo un possibile ruolo protettivo delle cellule intestinali rispetto alla tossicità sistemica.

A sostegno e a validazione del modello cellulare in vitro è stato condotto uno studio nel quale le caratteristiche molecolari e funzionali sono state confrontate con quelle espresse dall'enterocita in vivo. Il programma, centrato sull'isolamento e l'analisi molecolare di geni attivati trascrizionalmente nell'epitelio intestinale di ratto durante lo sviluppo e dopo la maturazione, ha portato tra l'altro all'isolamento di cloni di cDNA codificanti per proteine, la cui funzione nelle cellule intestinali differenziate non è ancora completamente nota. Una più approfondita analisi di due di essi, denominati Dri 27 e Dri 42, ha dimostrato che Dri 42 è una nuova proteina transmembrana residente nel reticolo endoplasmico, probabilmente coinvolta nel traffico di membrana lungo la via exocitotica. La proteina Dri 27 sarebbe invece un nuovo trasportatore di membrana di ioni metallo, di particolare interesse per i problemi nutrizionali connessi ai sistemi di assorbimento di oligoelementi essenziali.

La disponibilità di modelli cellulari è stata inoltre ampliata:

1. con l'isolamento, la messa in coltura e la caratterizzazione di colonciti umani di cui è stata dimostrata la capacità di sopravvivenza in coltura per un tempo tale da consentire lo studio sia del ruolo della interazione con la microflora del colon nel mantenimento della normale funzionalità intestinale sia degli effetti della composizione della dieta sull'equilibrio di questo ecosistema;

2. tenuto conto che la biodisponibilità comprende anche la fase di utilizzazione dei nutrienti a livello di vari distretti dell'organismo e che il fegato ha un ruolo centrale nei processi nutrizionali, con l'allestimento di una linea cellulare epatica (HepG2) che conserva molte delle caratteristiche differenziate specifiche dell'epatocita. Questa linea cellulare si è dimostrata adatta per lo studio dei meccanismi e delle molecole coinvolte nell'accumulo e nella secrezione del retinolo del fegato. Di particolare interesse è stata la messa in evidenza che il complesso olo-RBPTT si forma nel reticolo endoplasmico delle cellula prima della secrezione e che nella formazione del complesso interviene il chaperone "Calnexina". Tale informazione è uno degli elementi importanti per la ridefinizione dei bisogni in Vitamina A.