Passi in avanti nella ricerca e nelle applicazioni mitocondriali
I mitocondri sono le «centrali elettriche» delle cellule, in grado di trasformare l’energia alimentare in risorse biochimiche di energia. Sono implicati nello sviluppo di malattie, quali il diabete, il cancro e le malattie neurodegenerative. La loro funzione influenza il declino muscolare e cognitivo legato all’età, tutte grandi preoccupazioni per la società. Pertanto, la misurazione della funzione mitocondriale può essere utilizzata allo scopo di prevedere lo sviluppo di malattie, per applicazioni diagnostiche e terapeutiche.
Sensore di ossigeno sensibile per la misurazione della funzione mitocondriale
Il progetto NextGen-O2k, finanziato dall’UE, ha sviluppato una tecnologia proprietaria che misura il consumo di ossigeno dei mitocondri, dei tessuti e delle cellule viventi. La tecnologia è stata sviluppata dall’azienda Oroboros Instruments e si è evoluta nel corso degli anni per approfondire il ruolo della respirazione cellulare in condizioni di salute e in malattia e misurare la fotosintesi nelle alghe. «NextGen-O2k offre la capacità di caratterizzare il profilo metabolico degli organuli che trasformano energia, con un’elevata sensibilità, utilizzando un unico strumento», spiega Erich Gnaiger, coordinatore del progetto e amministratore delegato di Oroboros Instruments. Questo strumento comprende un sensore elettrochimico che misura la concentrazione di ossigeno in una camera e utilizza un software specializzato per calcolare la respirazione mitocondriale o la fotosintesi algale. È stato generato con la collaborazione dell’azienda specialistica in meccatronica WGT Elektronik e HTech (Haider Technology Consulting), che ha contribuito allo sviluppo del software.
Il vantaggio di NextGen-O2k
Convenzionalmente, lo studio approfondito del metabolismo mitocondriale/cloroplastico richiede l’uso di più strumenti in parallelo. Tuttavia, ciò comporta costi elevati ed è associato a bassa sensibilità e scarsa risoluzione, condizioni che richiedono un dispositivo affidabile e accurato per misurare diversi aspetti della bioenergetica cellulare. NextGen-O2k ha risposto a questa esigenza, offrendo il potenziale per misurare la respirazione cellulare e studiare la fotosintesi nelle alghe in modo accurato, più conveniente e più veloce. Per raggiungere questo obiettivo, i partner hanno progettato una configurazione multi-modulo, comprendente sensori completamente nuovi non attualmente sul mercato in grado di stimare lo stato redox della giunzione Q. Inoltre, lo strumento incorpora diversi moduli per misurare altri parametri (potenziale di membrana, produzione di ATP, pH) in modo da ottenere un’impronta bioenergetica più completa. I partner hanno creato un ecosistema per l’integrazione e la condivisione di conoscenze e tecnologie, composto da oltre 700 laboratori in 49 paesi. Il lancio sul mercato della tecnologia NextGen-O2k è previsto per marzo 2022.
Applicazioni della biotecnologia NextGen-O2k
La bioenergetica, lo studio della trasformazione dell’energia cellulare, è un campo entusiasmante che offre nuove prospettive nella scoperta medica. Il collegamento della funzione mitocondriale con la patologia evidenzia senza dubbio l’importanza della ricerca sui mitocondri nella sanità. Tuttavia, emergono ulteriori applicazioni nella ricerca di fonti sostenibili di carburante e cibo per contrastare i cambiamenti climatici. Le alghe sono organismi chiave nella biotecnologia dotati del potenziale per convertire grandi quantità di energia solare in bioprodotti attraverso la fotosintesi, legando contemporaneamente il gas serra CO2. La produzione sostenibile di biomassa algale si basa sulla bioenergetica ottimale con i mitocondri e i cloroplasti che controllano il loro metabolismo energetico e i tassi di crescita. NextGen-O2k può agevolare lo studio del metabolismo delle alghe e sbloccare il loro potenziale nella bioeconomia, spingendo verso un’economia più verde con un impatto positivo sulla società.
Una cultura della sostenibilità
NextGen-O2k integra i concetti di riproducibilità e sostenibilità a bassi costi di gestione. A corroborare questa affermazione, la rivista paywall-free Bioenergetics Communications (BEC), lanciata nell’ambito di questo progetto, introduce «Living Communications» per risolvere il conflitto tra la condivisione rapida di nuovi metodi e risultati, la prevenzione efficiente del numero di pubblicazioni in aumento esponenziale e il controllo della qualità per garantire riproducibilità e sostenibilità.
Parole chiave
NextGen-O2k, mitocondri, alghe, bioenergetica, biotecnologia, sensore di ossigeno, bioeconomia
