Credito:Università di Yale
La nuova tecnologia che misura un biomarcatore semplicemente facendo rimbalzare la luce laser blu sulla pelle fornisce risultati rapidi, indolori e altamente accurati. Basato sulla tecnologia della spettroscopia Raman di risonanza, il dispositivo utilizza un software per computer e una sonda a fibra ottica flessibile che viene tenuta contro il palmo per circa 30 secondi mentre la luce interagisce con i carotenoidi nella pelle.
Cosa hai mangiato a pranzo ieri? Quante volte al mese mangi noci? Che ne dici dei tuoi figli:quante porzioni di verdure hanno consumato oggi?
Non è un segreto che sia difficile ricordare i dettagli dei nostri pasti, e questo fatto frustrante è al centro della ricerca sulla nutrizione, complicando il compito di collegare gli alimenti ai risultati sulla salute come il diabete e le malattie cardiache. Alcuni ricercatori cercano invece sostanze rivelatrici, o biomarcatori, nel corpo che forniscono informazioni su quanto di un certo tipo di cibo una persona ha mangiato di recente. Ma quella soluzione non è l'ideale, poiché la misurazione dei biomarcatori spesso richiede campioni di sangue, urina o persino pelle. Il processo può essere costoso, doloroso e macchinoso.
Ma per i ricercatori che studiano frutta e verdura nella dieta, presto potrebbe esserci un modo più semplice. Gli scienziati della Yale School of Public Health stanno testando una nuova tecnologia che misura un biomarcatore semplicemente facendo rimbalzare la luce laser blu sulla pelle. È indolore e veloce e dà risultati in circa un minuto. Susan T. Mayne, capo della divisione di Epidemiologia delle malattie croniche, e la sua collaboratrice di lunga data, Brenda Cartmel, ricercatrice della stessa divisione, hanno lavorato con un gruppo di fisici dell'Università dello Utah per creare e testare due prototipi di dispositivi che misurare i carotenoidi cutanei, che sono biomarcatori per l'assunzione di frutta e verdura che di solito vengono misurati nel sangue.
"Deriva davvero da un'osservazione di cui le persone erano a conoscenza da decenni", afferma Mayne, "ed è che quando le persone seguono diete ricche di verdure sviluppano una colorazione della pelle gialla che è particolarmente evidente nel palmo della mano a causa del accumulo di carotenoidi nella pelle. E abbiamo pensato:'Possiamo usarlo come un nuovo approccio per misurare i carotenoidi nel corpo in modo non invasivo?'"
Il dispositivo è una svolta moderna su una tecnologia vecchia di decenni nota come spettroscopia Raman di risonanza (RRS), che misura i cambiamenti nei livelli di energia degli elettroni nelle molecole dopo che sono state eccitate dalla luce laser. È costituito da una sonda in fibra ottica flessibile collegata ad una macchina centrale scatolare; la sonda viene tenuta contro il palmo di un volontario dello studio per circa 30 secondi mentre la luce interagisce con i carotenoidi nella pelle. Quindi il software su un laptop collegato elabora i risultati, il che richiede altri 30 secondi. Gli studi iniziali hanno dimostrato che questa macchina RRS fornisce risultati estremamente accurati, attirando l'attenzione di molti ricercatori nutrizionisti.
Un lungo volo, collaborazione
In qualità di epidemiologa nutrizionale, Mayne non si aspettava di lavorare con i laser. Ma diversi anni fa, durante un volo per l'Australia per una conferenza internazionale sui carotenoidi, si è trovata seduta accanto a un uomo che stava sfogliando un programma per la stessa conferenza. Dopo aver scambiato alcuni convenevoli, Mayne ha appreso di essere un fisico laser dell'Università dello Utah.
“Ho pensato:‘Sarà un volo davvero lungo. Non credo che abbiamo nulla in comune'", ricorda. “Ma è stato perché siamo rimasti bloccati su un aereo per 16 ore [che] ho cercato di capire cosa faceva, come lo stava usando [e] quali fossero le applicazioni. È proprio da lì che è iniziato l'intero progetto."
Il fisico e il suo team, ha appreso, avevano sperimentato l'RRS per misurare i carotenoidi nella retina, poiché si pensa che alti livelli retinici proteggano dalla degenerazione maculare. I carotenoidi, osserva Mayne, sono perfettamente adatti alla misurazione mediante RRS. "Se utilizziamo una specifica lunghezza d'onda della luce, è qui che questi particolari composti risuonano in modo molto forte e unico", afferma. "Non ci sono altri composti nella pelle o altre matrici che hanno lo stesso profilo di risonanza."
Quando l'aereo era atterrato, Mayne e il suo compagno di posto avevano elaborato un'idea per una proposta di sovvenzione per collaborare. La sovvenzione è stata finanziata, il gruppo Utah ha costruito due prototipi e Yale li ha testati.
Nel loro studio sul primo prototipo di dispositivo RRS, pubblicato nel 2010 su The American Journal of Clinical Nutrition, Mayne, Cartmel e i loro colleghi dello Utah hanno confrontato le misurazioni RRS dei carotenoidi cutanei con i metodi di misurazione della biopsia cutanea e del siero, l'attuale gold standard. (Hanno anche esaminato la capacità del dispositivo di misurare il licopene, un carotenoide che la popolazione statunitense ottiene principalmente da pomodori e derivati.)
Il team ha scoperto che tra i soggetti dello studio, i livelli di carotenoidi misurati da RRS cadevano lungo una curva a campana, come ci si aspetterebbe. All'interno di un singolo individuo, misurazioni elevate in un'area del corpo, come il palmo, corrispondevano a livelli elevati altrove. I risultati dell'RRS si correlavano ragionevolmente bene anche con i metodi gold standard e con i dati di autovalutazione della dieta, a conferma della validità del dispositivo.
I fisici dello Utah stanno continuando a perfezionare i primi prototipi. "Il dispositivo originale [laser ad argon] che avevamo non era portatile", afferma Cartmel, citando le sue dimensioni di 19 x 16 x 13 pollici e la sua sensibilità al movimento e al vapore acqueo. “Hanno quindi sviluppato uno strumento che utilizza un laser a stato solido, quindi è molto più robusto. Ora siamo in grado di portarlo in campo". In uno studio attualmente in fase di revisione per la pubblicazione, Stephanie Scarmo, una studentessa di dottorato YSPH, ha utilizzato il dispositivo RRS a stato solido per ottenere misurazioni dei carotenoidi da un ampio gruppo di bambini di 3 e 4 anni.
"È andata in un ambiente prescolare, cercando di aggirare il pisolino", dice Mayne, ed "è stata in grado di scansionare 60 bambini in un pomeriggio". (Al contrario, il metodo del test del siero, come si potrebbe immaginare, avrebbe comportato molto sangue, sudore e lacrime.) "Sono particolarmente interessato all'uso di questa tecnologia con i bambini perché c'è così tanto interesse per l'obesità correlata alla dieta nei bambini ."
Nuove applicazioni
Sulla scia della pubblicazione dello studio, Mayne afferma di essere stata contattata da ricercatori che volevano utilizzare la RRS come misura oggettiva negli studi che incoraggiano le persone a mangiare più frutta e verdura. Capisce il loro entusiasmo.
"È molto difficile utilizzare l'autovalutazione nell'impostazione del cambiamento dietetico quando si lavora con persone che dicono loro che devono cambiare", spiega. I soggetti di studio sono inclini a cercare di compiacere i ricercatori dicendo loro che hanno cambiato i loro modi in meglio, introducendo negli studi i cosiddetti bias di desiderabilità sociale.
Ma la tecnica Raman non è pronta per la prima serata. Per prima cosa, nessuno conosce l'emivita dei carotenoidi nella pelle, quindi non si sa quanti giorni o settimane di assunzione rifletta una misurazione. Dall'altro, non è chiaro quanto bene il dispositivo rileverà i cambiamenti nei livelli di carotenoidi cutanei dopo un cambiamento nell'assunzione di frutta e verdura.
Ciò che serve dopo, dice Mayne, sono "i cosiddetti studi metabolici, in cui controllano attentamente l'assunzione di carotenoidi nella dieta e tengono traccia delle persone nel tempo per vedere come risponde la loro pelle, quanto velocemente risponde, quanto cambia e se tutti cambiano in modo simile .” Questo tipo di ricerca è costoso, poiché richiede molte settimane di nutrire le persone con diete impoverite e arricchite di carotenoidi mentre si ripetono le misurazioni. A tal fine, Mayne ha collaborato con un laboratorio del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti del North Dakota che dispone delle strutture di prova necessarie.
È anche importante sapere come tenere conto delle variazioni tra gli individui. "Dobbiamo ancora valutare se la melanina, un pigmento della pelle, ha qualche effetto sulle letture", osserva Cartmel.
Cosa riserva il futuro per l'approccio RRS nella ricerca alimentare? Una volta che i nodi sono stati risolti e dopo che i ricercatori hanno verificato le associazioni tra i carotenoidi cutanei e gli esiti sulla salute, il dispositivo RRS potrebbe fornire un feedback obiettivo sullo stato nutrizionale di una persona.
Il dispositivo potrebbe persino trovare la sua strada nel lavoro di politica urbana. Se un centro città introduce i mercati degli agricoltori di quartiere che offrono prodotti freschi, ad esempio, i ricercatori potrebbero misurare i carotenoidi cutanei dei residenti prima e dopo la comparsa dei mercati. Le misurazioni con RRS, afferma Mayne, "potrebbero fornire alcuni strumenti per valutare se l'intervento sta migliorando l'assunzione di verdure in una particolare area". Questo è davvero l'obiettivo finale, dice. "Vogliamo migliorare lo stato nutrizionale."
