Lo studio dell’esposoma: la prossima rivoluzione della medicina

In un laboratorio in mezzo a tecnologie capaci di sondare la biologia umana su scala e profondità straordinarie, il dottor Konstantinos Lazaridis guida lo sforzo della Mayo Clinic per comprendere l’esposoma — la totalità delle esposizioni ambientali che possono influenzare la salute umana.

 

 

L’esxposoma è, sotto molti aspetti, un resoconto di una vita vissuta — l’aria che qualcuno respira, il cibo e l’acqua che consuma, gli ambienti in cui abita e innumerevoli altre influenze che possono lasciare un’impronta biologica e interagire con i geni di una persona.

Il dottor Lazaridis e i suoi colleghi stanno chiedendo ricerche sugli exposomi in grado di adeguarsi all’ambito e al rigore del Progetto Genoma Umano.

Lui e i suoi colleghi illustrano cosa comporterà in un nuovo articolo speciale dei Mayo Clinic Proceedings, “L’Esposoma e il suo impatto sulla salute e sulle malattie.”

“La genomica ha cambiato la medicina offrendoci il primo quadro completo della nostra sequenza di DNA e rivelando le radici genetiche delle malattie”, afferma il dottor Lazaridis, direttore esecutivo Carlson and Nelson Endowed del Center for Individualized Medicine della Mayo Clinic. “Credo che stiamo entrando in un altro momento di tale portata.”

Comprendere l’esposoma

Gli scienziati ora dispongono di nuovi strumenti per misurare l’esposoma.

I progressi nella scienza molecolare, nei dispositivi indossabili, nei registri di geolocalizzazione e nell’intelligenza artificiale stanno rendendo possibile studiare le esposizioni ambientali su una scala che prima non era possibile.

L’exposome include sostanze chimiche nell’aria, nell’acqua e negli alimenti, pesticidi, metalli pesanti, microplastiche, dieta, rumore del traffico, inquinamento luminoso notturno e altro ancora.

Il dottor Lazaridis e i suoi colleghi indicano studi che collegano l’esposizione al piombo con la malattia del fegato grasso, il rumore del traffico con la fibrillazione atriale, l’inquinamento atmosferico con il declino della funzione renale e l’inquinamento luminoso notturno con il morbo di Alzheimer.

L’esposoma include anche fattori sociali come isolamento, solitudine, supporto sociale e legami di quartiere. Non tutte le esposizioni sono dannose.

Le esposizioni potenzialmente benefiche includono attività fisica, sonno ristorante, spazi verdi, una dieta sana, vitamine, micronutrienti e composti presenti nel tè e nel caffè.

“Le malattie non avvengono nel vuoto,” dice il dottor Lazaridis. “Nasciamo con il nostro genoma, ma viviamo anche in un ambiente che influenza il nostro sviluppo, l’età e le malattie che potremmo affrontare.”

La sfida è che raramente le esposizioni avvengono una alla volta. I loro effetti possono combinarsi e accumularsi nel corso di decenni, mentre alcune esposizioni sono difficili da catturare.

Alcune sostanze chimiche escono rapidamente dal corpo e potrebbero non essere più rilevabili anche dopo aver attivato una risposta biologica.

Come Precure Research studierà le esposizioni ambientali

La Mayo Clinic sta costruendo l’infrastruttura per studiare l’exposoma attraverso Precure Research, diretta dal dottor Lazaridis.

L’iniziativa mira a rilevare i primi cambiamenti nella biologia delle malattie — molto prima che compaiano i sintomi — quando l’intervento potrebbe ancora essere possibile.

Il suo focus iniziale riguarda cervello, cuore, reni, fegato e polmoni, dove i ricercatori cercano temi biologici condivisi, tra cui infiammazione, invecchiamento e influenze ambientali.

I ricercatori misureranno le esposizioni nel sangue e nelle urine e monitoreranno come il corpo risponde.

Combinata con informazioni cliniche e genomiche, la ricerca potrebbe generare miliardi o trilioni di punti dati, con l’intelligenza artificiale che aiuta i ricercatori a individuare schemi in grandi popolazioni.

Questa scala comporta una responsabilità altrettanto grande, afferma il dottor Lazaridis, e la ricerca viene condotta con tutele per proteggere la privacy e garantire il rigore scientifico.

Metalli pesanti come arsenico e piombo saranno tra le prime esposizioni studiate dal team, inclusi gli effetti dell’esposizione a lungo termine a livelli moderati.

Una domanda è se livelli più bassi di esposizione al piombo possano avere un ruolo nella malattia del fegato adiposo.

I ricercatori analizzeranno sangue, urine, feci e saliva, ampliando il lavoro a pesticidi, xenobiotici e altre sostanze chimiche ambientali. Con l’avanzamento dei metodi di misurazione, il team prevede anche di studiare microplastiche e nanoplastiche.

I dati di geolocalizzazione aiuteranno i ricercatori a confrontare le condizioni ambientali in cui vivono le persone con esposizioni nel tempo misurate nel corpo.

“Se vivi vicino a una grande autostrada rispetto a una fattoria, probabilmente hai esposizioni diverse,” dice il dottor Lazaridis. “Vogliamo vedere se le esposizioni che misuriamo nel corpo corrispondono a ciò che sappiamo sull’ambiente circostante.”

Come le esposizioni ambientali possono influenzare il trattamento 

I ricercatori della Mayo Clinic stanno anche applicando la scienza dell’esposoma a un’altra domanda fondamentale: perché lo stesso farmaco può influenzare le persone in modo diverso?

La Mayo Clinic fa parte di un progetto finanziato a livello federale che coinvolge sette istituzioni che studia come le esposizioni ambientali possano influenzare l’impatto dei farmaci per il diabete.

I ricercatori stanno misurando le esposizioni nel sangue per determinare se influenzino geni e proteine coinvolti nel metabolismo dei farmaci.

L’obiettivo è capire perché i farmaci per il diabete agiscono in modo diverso per persone diverse, in modi che la sola genetica potrebbe non spiegare.

A differenza del DNA ereditario che non può essere modificato, alcuni rischi ambientali possono essere ridotti o evitati.

Se i ricercatori riescono a identificare le esposizioni che contribuiscono alla malattia e a rilevarne gli effetti precocemente, i clinici potrebbero avere la possibilità di agire prima che si sviluppi una malattia o che i danni diventino irreversibili.

“Posso vedere il giorno in cui incontreremo i pazienti e parleremo delle esposizioni in modo molto specifico — quali potrebbero influenzare la loro salute e dove potrebbe esserci l’opportunità di intervenire”, dice il dottor Lazaridis.

Un posto in prima fila per due rivoluzioni scientifiche 

All’interno del laboratorio, il dottor Lazaridis descrive come la ricerca sugli esposomi possa passare dalla scoperta scientifica alla cura del paziente: partire da un campione, trovare un segnale, scoprire il meccanismo e determinare se può fare una differenza clinica.

All’inizio della sua carriera, il dottor Lazaridis ha lavorato in genomica presso i National Institutes of Health mentre il Progetto Genoma Umano era in corso.

Ebbe una visione diretta di una rivoluzione scientifica che aprì una straordinaria nuova finestra sulle malattie umane.

Ora, con l’esposoma, sta aiutando la Mayo Clinic ad aprirne un altro.