Da circa due decenni, la bilirubina non è più considerata esclusivamente un prodotto tossico del catabolismo dell’eme destinato all’eliminazione, ma una molecola biologicamente attiva con proprietà antiossidanti. Grazie alla sua capacità di agire come scavenger dei radicali liberi dell’ossigeno, la bilirubina può svolgere un ruolo protettivo nei confronti di diverse patologie croniche nelle quali lo stress ossidativo rappresenta un importante fattore patogenetico. In quest’ottica, l’analisi della bilirubinemia frazionata ha progressivamente ampliato il proprio valore diagnostico, estendendosi dalla valutazione epatologica tradizionale allo studio del rischio cardiovascolare e di altre condizioni cronico-degenerative.
Anche modeste variazioni dei livelli plasmatici di bilirubina possono infatti influenzare significativamente il rischio cardiovascolare, evidenziando la necessità di sviluppare metodiche analitiche più sensibili e specifiche rispetto al tradizionale metodo diazo. In particolare, risulta fondamentale poter misurare direttamente la bilirubina non coniugata, principale frazione bioattiva e responsabile delle proprietà redox attribuite al pigmento.
In questo ambito, il nostro gruppo di ricerca utilizza il biosensore HUG (HELP-UnaG), una proteina di fusione sviluppata a partire dalla piattaforma di espressione di polipeptidi elastin-like, per lo studio avanzato dei pigmenti biliari nei sistemi biologici e in medicina. La combinazione tra le proprietà termoresponsive del dominio HELP e la capacità di UnaG di legare la bilirubina ed emettere fluorescenza consente una rilevazione diretta, altamente sensibile e specifica della bilirubina anche in matrici biologiche complesse, senza necessità di estrazione mediante solventi organici. Inoltre, la possibilità di quantificare congiuntamente bilirubina e biliverdina tramite conversione enzimatica rende HUG uno strumento particolarmente versatile per valutare l’attività dell’eme ossigenasi, enzima centrale nella regolazione dello stato redox cellulare.
Su queste basi si sviluppano le principali linee di ricerca del laboratorio, orientate sia allo studio dei meccanismi molecolari coinvolti nel metabolismo dei pigmenti biliari e nella regolazione redox, sia alle applicazioni cliniche e traslazionali finalizzate all’identificazione di nuovi biomarcatori di malattia.
1. Studio dei meccanismi molecolari dello stato redox
Una parte significativa delle attività di ricerca del nostro laboratorio è dedicata allo studio in vitro su modelli cellulari, con l’obiettivo di chiarire i meccanismi molecolari alla base di processi fisiologici e patologici.
Evidenze molecolari indicano che sia la bilirubina che alcuni antociani acilati possono essere trasportati dall’intestino al sangue attraverso OATP1A2, un trasportatore di membrana presente sulla faccia luminale dell’epitelio intestinale, che è coinvolto nel trasporto di farmaci, acidi biliari e flavonoidi. Gli effetti benefici degli antociani sulla salute umana sono emersi in una notevole mole di studi condotti su modelli sperimentali in vitro e in vivo e in studi clinici che riportano dimostrazioni di attività anti-infiammatoria ed anti-cancro, anti-ipertensiva e anti-arteriosclerosi, anti-obesità ed anti-diabetica e di miglioramento dei parametri lipidici ematici. Gli antociani agiscono attraverso complessi meccanismi d’azione, che coinvolgono una molteplicità di bersagli molecolari. In teoria, è possibile che gli antociani possano modulare la bilirubinemia, attraverso interferenze del riassorbimento intestinale della bilirubina ivi escreta con la bile. Uno studio pilota vuole verificare se gli antociani inibiscono il trasporto dei pigmenti e acidi biliari in modelli in vitro di epitelio intestinale e biliare, nei quali è relativamente agevole utilizzare varie molecole, anche d’interesse farmacologico, per caratterizzare la funzione di diversi trasportatori di membrana.
Parallelamente, il biosensore viene impiegato per studiare la modulazione del catabolismo dell’eme e lo stato redox associato, integrando il dosaggio di specifici marker di stress ossidativo. Questo approccio consente di delineare il ruolo dei pigmenti biliari come mediatori attivi nei processi fisiologici e nelle condizioni patologiche.
2. Applicazioni cliniche e biomarcatori di malattia
Un’altra linea di ricerca del laboratorio è orientata all’ambito clinico e traslazionale, con l’obiettivo di esplorare il potenziale dei pigmenti biliari come biomarcatori in diverse condizioni patologiche. In questo contesto, l’impiego del biosensore HUG consente di quantificare e caratterizzare con elevata precisione i pigmenti biliari (bilirubina e biliverdina) in differenti matrici biologiche, incluse quelle difficili da analizzare con metodiche convenzionali.
L’interesse è valutare se le variazioni fisiologiche dei pigmenti, sia a livello locale che sistemico, possano correlare con parametri associati allo stress cellulare, ai processi infiammatori e ad alterazioni fisiopatologiche. Questo approccio integrato permette di identificare nuove relazioni tra metabolismo dei pigmenti biliari, stato redox e malattia, contribuendo alla comprensione dei meccanismi sottostanti e allo sviluppo di strumenti diagnostici innovativi. Le possibili applicazioni spaziano dalle patologie neurodegenerative all’infertilità maschile—dove i pigmenti biliari riflettono processi redox locali—fino ai disturbi metabolici come l’obesità e a diverse forme di cancro.
