Tallio, il veleno che uccide le cellule nervose anche a basse concentrazioni

ROMA – Il Tallio è un metallo altamente tossico. Si trova naturalmente nell'ambiente, ma spesso le sue concentrazioni sono superiori alla norma grazie anche all'inquinamento dell'ambiente e delle falde acquifere. Questo elemento è altresì utilizzato come veleno per topi. Ma cosa succede alle cellule nervose quando sono esposte al tallio, anche a basse concentrazioni? Alla domanda hanno cercato di dare risposta i ricercatori Cnr dell’Istituto di chimica dei composti organo metallici (Iccom) e dell’Istituto di neuroscienze (In), con uno studio pubblicato sulla rivista Plos One.

Un sistema vulnerabile
Il sistema nervoso è particolarmente suscettibile agli attacchi da parte di metalli pesanti o altre sostanze tossiche. Per dimostrarlo, i ricercatori nel loro esperimento hanno utilizzato neuroni dell'ippocampo ‘immortalizzati’ – ossia cellule modificate per replicarsi all’infinito. Questi, si legge in una nota del Cnr, sono stati studiati prima e dopo l'esposizione a una singola dose di tallio a basse concentrazioni. La scelta di questo particolare tipo di cellule nervose non è stata casuale, poiché si tratta infatti di una delle regioni più vulnerabili del sistema nervoso centrale umano.

Anche con brevi esposizioni
Fino a oggi si avevano diversi dati relativi agli effetti sulle cellule esposte a concentrazioni di tallio molto elevate (maggiore di 0.5 milligrammi per litro) grazie a numerosi studi, anche recenti. Ma questo studio si è invece stato focalizzato sull'effetto di una esposizione relativamente breve (48 ore) a una singola dose di tallio, pari a 1, 10 o 100 ‘microgrammi’ per litro. Che è anche l'ordine di grandezza delle concentrazioni rinvenute recentemente nell'acqua potabile di una zona del nord della Toscana* e riconosciute provocare un basso peso dei neonati alla nascita**.
Le colture cellulari, prosegue la nota, sono state poi studiate mediante microscopia confocale. Il mezzo di coltura è stato invece analizzato mediante gas cromatografia e cromatografia liquida per determinare la concentrazione di lattato ed etanolo, due sostanze coinvolte nei processi fisiopatologici delle cellule.

I risultati
Dopo i vari test, la microscopia confocale ha evidenziato che l'esposizione al tallio ha un effetto significativo sulla crescita del neurone e sulla sua morfologia: già dopo un'esposizione a 10 microgrammi per litro (μg/L /L) di tallio le cellule nervose perdono i neuriti e circa il 45% muoiono per apoptosi, scrivono i ricercatori. Dopo l'esposizione a una singola dose pari a 100 microgrammi per litro (μg/L /L) il 50% delle cellule muore per necrosi, un processo che non richiede energia, e le cellule restanti diventano sferiche, si rigonfiano e perdono aderenza. Inoltre, dopo l’esposizione al tallio la concentrazione di acido lattico ed etanolo nelle cellule nervose aumenta di 2-3 volte, ovvero il tallio provoca la ‘trasformazione’ del metabolismo da aerobico a 'lattico' (un fenomeno noto come 'effetto Warburg', tipico delle cellule cancerose). Questo indica che la cellula non è più in grado di produrre energia 'normalmente' perché i suoi mitocondri non funzionano più, sottolineano i ricercatori.

Un collegamento con la Sla
I risultati ottenuti in questo studio non sono mai stati osservati nel caso di colture cellulari esposte a tallio, ma sono in linea con quanto riportato in letteratura. Difatti, elevate concentrazioni di etanolo sono state rinvenute anche nel fluido cerebrospinale e nel sangue di pazienti con mielopatia cervicale (MC) e sclerosi laterale amiotrofica (SLA), fanno notare gli autori. «Gli esperimenti condotti suggeriscono che in presenza di un alterato metabolismo energetico causato dal tallio ('ipossia funzionale'), sia attivata una sorta di meccanismo ancestrale nel quale la produzione di etanolo è un adattamento che permette la sopravvivenza in condizioni di elevati livelli di glicolisi. Considerato che il tallio si distribuisce rapidamente nei vari distretti corporei, esattamente come il potassio (ione fisiologicamente utilizzato da tutte le cellule) questi risultati e altri pubblicati di recente in letteratura sottolineano la necessità di rivedere i limiti di concentrazione del tallio nelle acque e nell’ambiente», concludono i ricercatori.

* (Campanella et al., Talanta 171 (2017) 255-261, DOI: 10.1016/j.talanta.2017.05.009; Campanella et al. Sci. Tot. Environm. 548 (2016) 33-42, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.01.010; Biagioni et al. Sci. Tot. Environm. 587 (2017) 491-501, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.02.177)

** (Jiang et al., Environmental Pollution 2017, in press).