Alti livelli di mercurio rintracciati in particolari tipi di cellule nel cervello dei mammiferi

4 gennaio 2024

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a cura di Cheryl Pierce, Purdue University

L'esposizione al mercurio (Hg) è estremamente neurotossica nella maggior parte delle forme chimiche. Anche gli scienziati che studiano i composti del mercurio sono a rischio a causa della possibile esposizione al Hg. Il famoso fisico Michael Faraday ha sofferto di avvelenamento da Hg a causa di una prolungata esposizione ai vapori di Hg, che lo ha portato a interrompere le sue ricerche all'età di 49 anni a causa di un peggioramento della salute. Un altro esempio è la chimica di laboratorio Karen Wetterhahn, che è stata uccisa dall'avvelenamento da dimetilmercurio dopo che alcune gocce sono sfuggite da una pipetta e sono finite su una delle sue mani guantate di lattice.

Sono stati condotti numerosi studi sull'esposizione e gli effetti del Hg, in particolare su creature marine. È ben noto che le persone dovrebbero limitare il consumo di alcuni pesci, come il tonno, a causa della presenza di mercurio. Tuttavia, sorge la domanda: gli ioni di mercurio possono raggiungere il cervello degli animali terrestri?

La dottoressa Yulia Pushkar, professore di Fisica e Astronomia presso il College of Science dell'Università di Purdue, era inizialmente scettica. Ha avviato un programma di imaging cerebrale nel 2008 presso l'Università di Purdue. Il suo gruppo, specializzato nella preparazione dei campioni, nelle misurazioni e nell'analisi dei dati, è ricercato da studiosi negli Stati Uniti e in tutto il mondo, compresi quelli del Giappone e più di recente dell'Australia.

Al gruppo di ricerca di Pushkar è stato chiesto di verificare la presenza di Hg nei cervelli dei mangusti raccolti nell'isola di Okinawa. Sorprendentemente, le scansioni cerebrali hanno rivelato la presenza di mercurio in questi animali invasivi. Il gruppo di ricerca ha affinato le scansioni, ottenendo una risoluzione di alcune decine di nanometri per osservare le cellule cerebrali interessate. Le loro scoperte collaborative sono state recentemente pubblicate in Environmental Chemistry Letters.

Il mistero su come il mercurio entri nel cervello delle manguste rimane irrisolto. Le possibili fonti includono l'acqua che bevono, le uova degli uccelli che consumano, l'esposizione a minerali o persino l'aria che respirano. Tuttavia, una cosa è molto chiara, questo è un segnale molto negativo.

'Il Hg è molto tossico a basse concentrazioni in quanto può legarsi e influenzare la funzione di biomolecole essenziali', spiega Pushkar. 'L'efficienza della detossificazione dipenderà dall'assorbimento e dalla costante di legame all'interno delle accumulazioni rilevate e dalla possibile fuoriuscita da queste se le cellule cerebrali muoiono. Attualmente non esiste un modo conosciuto per sciogliere in modo sicuro queste aggregazioni dai tessuti e non sono stati segnalati casi di guarigione dallo stato di avvelenamento da Hg del sistema nervoso. L'approccio principale che dovremmo adottare è evitare qualsiasi esposizione, specialmente cronica come nel caso di Faraday.'

'Ero scettico sul fatto che si potesse rilevare qualsiasi Hg. Di solito, gli elementi neurotossici, anche se entrano nel cervello, sono presenti in concentrazioni ultrabasse', spiega Pushkar. 'Abbiamo portato questi campioni all'Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory, dove i cervelli sono stati esposti a raggi X intensi. Sfidando il mio scetticismo, il segnale Hg era presente.'

Scansionando i campioni cerebrali, i ricercatori hanno iniziato a tracciare le aree cerebrali che sembravano avere un maggior contenuto di Hg. Dopo tre anni di studio e cinque viaggi presso due strutture nazionali di sincrotrone (Advanced Photon Source presso l'Argonne National Laboratory e NSLS-II presso il Brookhaven National Laboratory), i ricercatori possono ora affermare che determinate cellule cerebrali, come le cellule del plesso corioideo (che costituiscono la barriera ematoencefalica) e gli astrociti della zona subventricolare, contengono puncta ricchi di Hg (dimensioni di circa 0,5-2 micron).

Il team di ricercatori di Pushkar ritiene che queste cellule aiutino a filtrare l'Hg dal sangue e dal tessuto cerebrale e che lo accumulino con l'aiuto di un altro elemento, il selenio (Se). Quali particolari molecole biologiche contenenti Se legano il Hg resta ancora da scoprire.

Il team di Pushkar per questa pubblicazione è composto da Pavani Devabathini e Gabriel Bury (entrambi studenti universitari) e da Darrell Fischer (all'epoca studente universitario e attualmente alla scuola di specializzazione di Harvard). I dati sono stati raccolti dall'intero team e analizzati da Devabathini e Fischer. Una volta analizzati i dati, l'intero team ha contribuito alla stesura della pubblicazione.

Questa scoperta è significativa per il monitoraggio ambientale degli animali terrestri e fornisce nuovi strumenti per tracciare l'Hg nelle cellule cerebrali, influenzando potenzialmente la salute e la sicurezza umana.

'Human activities result in the emission of 2,000 metric tons of mercury compounds annually and we do not fully understand where all this neurotoxic Hg ends up,' says Pushkar. 'Most studies so far focused on marine biota (fish and whales) but apparently terrestrial species are also affected. We expect the human brain reacts to Hg in a similar fashion via interactions with cells of choroid plexus and astrocytes. However, we do not know if the human brain has enough Se-containing biomolecules to bind to Hg.'

Provided by Purdue University