Per molto tempo, gli scienziati sono rimasti perplessi dall’incredibile efficienza della fotosintesi: quando la luce colpisce una foglia, quasi ogni fotone catturato viene convertito in energia utilizzabile dalla pianta, con un’efficienza che supera il 95% in condizioni ottimali, motivo per cui la foglia è diventata oggetto di studio nei laboratori che si occupavano di creare efficienti pannelli solari.

Proprio all’interno di questi studi, quasi per serendipità, Engel e colleghi (1) hanno scoperto il segreto di questa straordinaria efficienza: la fotosintesi sfrutta il principio di sovrapposizione quantistica per garantire la massima produzione di ossigeno e nutrienti, nonostante la continua variazione delle condizioni ambientali esterne. E, contro ogni precedente convinzione, la coerenza quantistica viene mantenuta per tutta la cascata elettronica che è alla base della fotosintesi stessa. Infatti l’implicazione più sorprendente di questa scoperta è il fatto che questi delicati effetti quantistici possano persistere in un ambiente caldo e rumoroso della cellula, sopravvivendo al rumore termico. Le ricerche suggeriscono che le proteine che circondano i complessi fotosintetici creino un ambiente protettivo, permettendo agli stati quantistici di sopravvivere abbastanza a lungo da svolgere il loro ruolo cruciale. Sembra che le membrane plasmatiche siano fra gli elementi chiave che permettono alle cellule di creare al loro interno ambienti protetti e separati. Concettualmente questo processo è simile a quello che avviene nei nostri acceleratori di particelle, dove gli scienziati creano un ambiente totalmente separato dall’esterno, caratterizzato da precise condizioni ambientali che permettono ai delicati processi quantistici di mantenere la loro efficienza senza collassare.

Vediamo un po’ più nel dettaglio il meccanismo scoperto da Engel e colleghi: nel centro di reazione fotosintetico, le molecole di clorofilla formano strutture che possiamo chiamare “antenne”. Quando un fotone viene assorbito da queste molecole, crea uno stato di eccitazione che deve viaggiare attraverso questo complesso fino a raggiungere il centro di reazione. Secondo la fisica classica, questa energia dovrebbe “rimbalzare” casualmente tra le molecole, perdendo molta energia nel processo.

Invece, grazie al mantenimento della coerenza quantistica all’interno del complesso fotosintetico, l’energia si comporta come un’onda quantistica, esplorando simultaneamente tutti i possibili percorsi verso il centro di reazione. Questo fenomeno, chiamato “sovrapposizione quantistica”, permette all’energia di trovare istantaneamente il percorso più efficiente, come se fosse guidata da un GPS.

C’è un’immagine comunemente usata spiegare la sovrapposizione al pubblico non specializzato (Fig. 1), in cui il lettore può vedere un vaso o due facce, ma le due figure esistono allo stesso tempo. È “la scelta” della mente del lettore a rendere visibile l’una o l’altra. Questa “scelta” potrebbe rappresentare ciò che viene descritto come collasso della funzione d’onda. Gli elettroni nei processi fotosintetici sono in uno stato “sovrapposto” fino a quando non “collassano”, in base alle condizioni ambientali, innescando la cascata biochimica che trasforma i fotoni in energia chimica, nel miglior pannello solare conosciuto (1–4).

La fotosintesi quantistica ci mostra come la natura abbia evoluto sistemi in grado di sfruttare i più sottili effetti della meccanica quantistica per sostenere la vita sulla Terra. Questa scoperta non solo ha rivoluzionato la nostra comprensione della biologia, ma sta anche ispirando una nuova generazione di tecnologie sostenibili.

Fig. 1

Letture per approfondire:

1.           Engel GS, Calhoun TR, Read EL, Ahn TK, Mančal T, Cheng YC, et al. Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems. Nature. 2007;446(7137):782–6.

2.           Calvillo L, Parati G. Immune System and Mind-Body Medicine – An Overview. In: Brain and Heart Dynamics [Internet]. Cham, Switzerland: Springer International Publishing; 2019. p. 1–19. Available from: http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-90305-7_9-1

3.           Calvillo L, Redaelli V, Ludwig N, Qaswal AB, Ghidoni A, Faini A, et al. Quantum Biology Research Meets Pathophysiology and Therapeutic Mechanisms: A Biomedical Perspective. Quantum Rep. 2022 Apr 4;4(2):148–72.

4.           Al-Khalili J. Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology. Bantam Press; 2014.

Una rivoluzione silenziosa:

Nel 2007, un articolo scientifico ha rivoluzionato la comprensione dei processi biologici, rivelando l’incredibile ruolo della meccanica quantistica nei sistemi viventi. La ricerca di Engel e colleghi (1) ha dimostrato che la fotosintesi clorofilliana raggiunge la sua straordinaria efficienza proprio grazie ai principi quantistici.

In particolare nei meccanismi della fotosintesi, gli elettroni sfruttano il principio di sovrapposizione, permettendo loro di:

– Esistere simultaneamente in più punti

– Selezionare istantaneamente il percorso energeticamente più efficiente

– Trasformare la luce solare in ossigeno e nutrienti con un’efficacia sorprendente

Esploriamo brevemente insieme i principi fondamentali della meccanica quantistica, per comprendere come questi meccanismi si manifestino nei sistemi biologici.

I concetti della fisica quantistica sfidano persino i fisici che li hanno sviluppati, rivelando un universo subatomico che si comporta in modo sorprendentemente diverso dalle nostre aspettative classiche. Questa nuova comprensione della materia ha rivelato proprietà estremamente controintuitive che mettono in discussione la nostra percezione della realtà fisica.

Le proprietà quantistiche più affascinanti includono:

1. La sovrapposizione quantistica, per cui un elettrone può esistere simultaneamente in più posizioni, sfidando la logica della fisica classica.

2. L’effetto tunnel quantistico, che permette alle particelle di attraversare barriere energetiche teoricamente invalicabili, quasi come se potessero “oltrepassare i muri”. Questo fenomeno sovverte completamente la nostra comprensione classica delle interazioni energetiche.

3. L’entanglement quantistico, un legame misterioso che consente a particelle separate da enormi distanze di rimanere istantaneamente connesse, comunicando istantaneamente trascendendo lo spazio-tempo.

Questi postulati descrivono un universo intrinsecamente probabilistico, fluido e interconnesso, dove la realtà è molto più complessa di quanto appaia.

Fin dagli anni ’20, scienziati pionieristici come Niels Bohr ed Erwin Schrödinger, e successivamente Frohlich (2–4), hanno iniziato a esplorare le implicazioni di questi fenomeni quantistici per la comprensione dei sistemi biologici. Bohr ha dedicato diverse conferenze alla natura quantistica della vita, aprendo nuove prospettive sulla connessione tra fisica atomica e biologia.

Per molto tempo, la comunità scientifica ha ritenuto che l’ambiente cellulare – caldo, umido e dinamico – fosse incompatibile con i delicati meccanismi quantistici, che erano stati sempre osservanti in condizioni estreme di vuoto e temperature prossime allo zero assoluto, rendendo difficile immaginare questi processi nelle strutture biologiche.

Con il loro lavoro, Engel e i suoi colleghi hanno definitivamente confutato questa convinzione, aprendo la strada a successive ricerche che hanno dimostrato come certi enzimi (proteine indispensabili alla vita) riescano a far avvenire le reazioni chimiche necessarie alla cellula grazie al principio di tunneling quantistico, e come la capacità di orientamento degli uccelli migratori sia correlata alla proprietà dell’entanglement. Infatti nella retina di questi animali alcuni elettroni possono “agganciare” il campo magnetico terrestre seguendolo fino a destinazione.

Queste scoperte in breve hanno rivoluzionato la biologia e hanno riportato in auge lavori e teorie pubblicati negli anni ’90 del novecento che indagavano persino la natura della coscienza umana, considerandola come un processo quantistico.

Di questo e di altro parleremo nei successivi articoli incentrati su questa nuova branca della fisica quantistica (5,6), entrando più nello specifico nella descrizione di questi fenomeni.

Per un primo approfondimento consiglio la seguente bibliografia:

1.           Engel GS, Calhoun TR, Read EL, Ahn TK, Mančal T, Cheng YC, et al. Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems. Nature. 2007;446(7137):782–6.

2.           Bohr N. I QUANTI E LA VITA UNITA’ DELLA NATURA. UNITA’ DELLA CONOSCENZA. Boringhieri B, curatore. Hoepli; 2012.

3.           Schrodinger E. What is Life? With Mind and Matter and Autobiographical Sketches. Cambridge: Cambridge University Press, curatore. 1992.

4.           Frohlich H. Long-Range Coherence and Energy Storage in Biological Systems. 1968;11:641–9.

5.           Ball P. Physics of life: The dawn of quantum biology. Nature. 2011;474(7351):272–4.

6.           Calvillo L, Redaelli V, Ludwig N, Qaswal AB, Ghidoni A, Faini A, et al. Quantum Biology Research Meets Pathophysiology and Therapeutic Mechanisms: A Biomedical Perspective. Quantum Rep. 4 aprile 2022;4(2):148–72.

Attività principali svolte (ottobre 2022 – ottobre 2024)

1. Eventi culturali e divulgativi
   • 13 ottobre 2022: Presentazione online del libro Non tutto il mare è perduto di Giuseppe Ungherese.
   • 20-29 ottobre 2022: Partecipazione al Festival della Scienza di Genova con la mostra The Sound of Science, visitata da oltre 3.500 persone.
   • 19 febbraio 2023: Conferenza Una questione energetica presso il Circolo ARCI di Via d’Acqua (Pavia) e piantumazione di un albero nel Parco della Vernavola.
   • 8 settembre 2023: Cena divulgativa Il Mondo che si muove, l’arte che parla di ambiente a Livorno.
   • 14 marzo 2024: Conferenza La matematica fa schifo in occasione del Pi Greco Day a Pontassieve (FI).
   • 22 marzo 2024: Evento divulgativo Vedere l’infinito: le dieci virtù di un matematico a Firenze.
2. Laboratori e attività didattiche
   • 12 marzo 2023: Laboratorio Giochiamo con l’energia presso la Città del Sole di Pisa.
   • 7 maggio 2023: Laboratorio didattico Energeticamente e laboratorio formativo per adulti Affresco del clima a Firenze.
   • 19 giugno 2024: Laboratorio Energicamente – Alla ricerca dell’energia sostenibile presso la Ludoteca Scientifica di Pisa.
   • 21-22 settembre 2024: Evento sulle comunità energetiche rinnovabili durante HORTI APERTI a Pavia.
3. Progetti finanziati dall’Otto per Mille della Chiesa Valdese
   • Profili Antropici: Monitoraggio scientifico dei rifiuti spiaggiati (25 febbraio 2023) e presentazione finale dei risultati (4 maggio 2024).
   • Cambiamo Energia: Lancio del progetto (19 gennaio 2024) e successive attività educative.
4. Collaborazioni e partecipazioni a festival
   • 24-28 aprile 2024: Crociere scientifiche in barca a vela con la Stazione Zoologica di Napoli.
   • 26 maggio – 9 giugno 2024: Installazione della mostra The Sound of Science presso lo spazio LANArchico di Prato.
   • 24 marzo 2024: Partecipazione al Festival della Scienza Orlando Scienziato a Reggio Emilia.
5. Progetti scolastici
   • Progetto Energicamente: Coinvolgimento di circa 80 classi in Toscana, finanziato da Toscana Energia.
   • Olimpiadi della Scienza: Iniziativa nazionale che ha coinvolto 10.000 studenti di scuole secondarie di primo grado.

Pubblicazioni e comunicazione online

• Pubblicazione di articoli originali ogni 15 giorni sul nostro blog.
• Organizzazione di eventi online trasmessi sul nostro canale YouTube.

Negli ultimi anni, il sapere scientifico ha dimostrato di essere un elemento chiave per affrontare le sfide globali, dalla crisi climatica all’innovazione tecnologica. La scienza non solo contribuisce al progresso, ma rappresenta anche un ponte tra conoscenza e responsabilità, ispirando soluzioni concrete e sensibilizzando le persone al cambiamento. Il nostro impegno continuerà a essere orientato verso la promozione di una scienza al servizio della società e delle future generazioni.

Il biennio appena trascorso ha confermato il ruolo centrale dell’Associazione Semi di Scienza come promotrice di una cultura scientifica accessibile e coinvolgente. La diversità delle attività svolte, il numero crescente di partecipanti e il consolidamento di collaborazioni strategiche ci spingono a guardare al futuro con entusiasmo.

Con l’inizio del nuovo anno, desideriamo rinnovare il nostro impegno nella divulgazione scientifica, auspicando nuove scoperte e una sempre maggiore partecipazione della comunità. Auguriamo a tutti un 2025 ricco di conoscenza, curiosità e azioni concrete per un mondo più sostenibile.

Buon anno da tutto il team di Semi di Scienza!

I PFAS, acronimo di sostanze perfluoroalchiliche, è un gruppo di composti chimici di sintesi – ovvero creati dall’uomo – che sono utilizzati in moltissimi campi e che stanno vedendo un crescente interesse nel dibattito pubblico per via degli effetti sulla salute e sull’ambiente che generano o che possono generare.

In questo articolo, che non pretende di essere esaustivo, affronteremo alcuni dei punti “salienti” di un argomento che è molto complesso ma che merita di essere esposto anche sulle pagine del nostro Blog per descrivere almeno in prima battuta le principali caratteristiche di queste sostanze ad oggi ancora poco conosciute seppur dalla storia quasi centenaria.

Alla fine degli anni ’30, infatti, nel corso dei processi di industrializzazione del PTFE fu scoperto per errore – come spesso accade nelle scoperte scientifiche – un fluoropolimero, ovvero una catena di atomi di carbonio con fluoro, dalle caratteristiche idrorepellenti e tensioattive. Inizialmente utilizzato per rendere impermeabili i carri armati durante la Seconda guerra mondiale, a partire dagli anni ’50, l’azienda chimica DuPont ne sviluppò un prodotto commerciale noto come Teflon. Nel corso degli anni, a quello che è a tutti gli effetti il più famoso tra i PFAS, furono affiancati centinaia di composti riconducibili allo stesso gruppo ed utilizzati in varie applicazioni civili e industriali: lubrificanti, antiaderenti per pentole e padelle, schiume anti-incendio, guarnizioni, refrigeranti, pesticidi, prodotti di cosmesi e altro.

Questi fluoropolimeri sono accumunati dalla loro proprietà idrorepellenti, oleorepellenti e tensioattive. Per effetto delle loro lunghe catene di carbonio, sono inoltre caratterizzati da una fortissima persistenza che li rende duraturi nel tempo ma anche diffusi nello spazio e quindi all’interno dell’ambiente e della catena alimentare. La gran parte dei PFAS sono infatti resistenti all’idrolisi, alla biodegradazione, alla fotolisi e ad altri processi di ossidazione naturale. Possono essere degradati solo termicamente ma a temperature pari a 1200-1300 °C, valori che non sempre vengono nemmeno raggiunte all’interno degli inceneritori.

Per via dell’ampiezza dei composti ricadenti nel gruppo di PFAS, a cui si aggiungono continuamente nuovi prodotti di sintesi, ad oggi vi è ancora quindi la necessità di uno sviluppo più ampio della normativa e della tecnica necessarie a definirne sia l’impiego sia le modalità di campionamento, analisi e studio dei rischi per la salute. Quest’ultimi sono noti a livello globale da circa 50 anni, come racconta il film Dark Waters con Mark Ruffalo – uscito in Italia nel 2020 con il titolo “Cattive Acque” – che racconta la causa intentata negli anni ’70 contro la DuPont in Virginia (USA).

L’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) nel 2023 ha classificato come cancerogeni per l’uomo i PFOA e i PFOS, tra i più noti e storici PFAS in circolazione. Su composti più recenti come C6O4 e ADV le ricerche sono ancora in corso e dovremo attendere ancora qualche tempo per meglio comprenderne le ricadute. Tra i bersagli identificati vi sono il fegato, in cui si verifica un processo di bioaccumulo, e i reni, che tendono a trattenerli anziché espellerli con l’urina. Sono stati poi riscontrati effetti fisiologici sul sistema immunitario e in particolare sulla regolazione ormonale.

Per quanto riguarda la diffusione di questi inquinanti in ambiente, in diversi casi nel mondo le concentrazioni più elevate sono state rilevate in prossimità di stabilimenti che li producono e, in seconda battuta, in stabilimenti che li lavorano per creare prodotti destinati alla commercializzazione. I PFAS si trovano infatti sia nel prodotto finito (e nella relativa degradazione) sia in prodotti intermedi. In analogia con altri inquinanti sono quindi in genere le popolazioni più prossime agli stabilimenti e i lavoratori che vi operano all’interno ad essere potenzialmente maggiormente esposti a PFAS. Sono inoltre stati rilevati presso siti dove vengono utilizzati grossi quantitativi di schiume antincendio come nel caso dell’aeroporto militare di Ronneby in Svezia.

In Italia, il caso più noto è quello della contaminazione della falda e dei corpi acquiferi superficiali a causa delle attività dell’azienda Miteni in Veneto a partire dagli anni ‘60. Un caso che ha portato nel 2018 alla dichiarazione dello stato di emergenza da parte del Consiglio dei ministri con il divieto al consumo di acqua potabile in 30 comuni tra le province di Vicenza, Verona e Padova per una popolazione di circa 350 mila persone interessate.

La loro persistenza ha tuttavia portato a rilevarli anche in corsi d’acqua, falde acquifere e nel sangue umano in aree non direttamente interessate dalla loro produzione o trasformazione. In questo senso, un interessante e ormai storico studio del CNR presentato nel 2011 ha definito i primi contorni sulla contaminazione nella matrice acque cui sono seguiti studi di approfondimento tutt’ora in corso in varie regioni del Bacino Padano sia sulla medesima matrice acqua sia sull’aerodispersione dei PFAS in aria ambiente.

Ad oggi risulta quindi necessario il monitoraggio e lo studio sugli effetti dei principali PFAS con un occhio a quelli di nuova generazione maggiormente diffusi e una sorveglianza dei siti di produzione e lavorazione principali. Per quanto di difficile riscontro nel mercato, ove possibile nella quotidianità potrebbe risultare un’azione efficace di auto-tutela la ricerca di prodotti “PFAS-free” o la scelta di alternative che intrinsecamente non comportino la necessità di prodotti che potrebbero contenerli.

Bibliografia:

• G. Ungherese, 2024. “PFAS, Gli inquinanti eterni e invisibili nell’acqua. Storie di diritti negati e cittadinanza attiva”. AltrEconomia.
• S. Zahm et al., 2024. “Carcinogenicity of perfluorooctanoic acid and perfluorooctanesulfonic acid”. The Lancet https://www.thelancet.com/journals/lanonc/article/PIIS1470-2045(23)00622-8/abstract
• https://www.cnr.it/it/evento/15635/studio-dei-processi-di-trasporto-e-distribuzione-dei-contaminanti-ambientali-il-caso-dei-pfas-in-veneto
• Xu et al., 2021. Serum perfluoroalkyl substances in residents following long-term drinking water contamination from firefighting foam in Ronneby, Sweden. Environment international. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412020322881
• Ministero dell’Ambiente e CNR, 2011. “Realizzazione di uno studio di valutazione del Rischio Ambientale e Sanitario associato alla contaminazione da sostanze perfluoro-alchiliche (PFAS) nel Bacino del Po e nei principali bacini fluviali italiani” https://www.mase.gov.it/sites/default/files/archivio/allegati/reach/progettoPFAS_ottobre2013.pdf
• https://www.fondazioneveronesi.it/magazine/articoli/alimentazione/pfas-cosa-sono-e-dove-si-trovano

La sperimentazione animale è senz’altro un tema caldo, sia per l’impatto che ha sull’emotività dell’opinione pubblica che per il ruolo indiscusso nella ricerca di base.

L’Europa è forse il continente dove i diritti degli animali sono più tutelati, prova ne sia la direttiva 23/2010 che detta le linee guida da adottare dai singoli paesi, direttiva che è stata via via recepita dai paesi membri. L’Italia ha implementato le linee guida nel 2014 con la legge 26/2014, che nonostante le numerose problematiche non ancora risolte, ha dato una spinta molto forte all’innalzamento dello standard di qualità degli allevamenti e delle procedure. Il punto chiave è giustamente la valutazione del possibile livello di sofferenza esperibile dall’animale, sofferenza che per legge deve essere ridotta al massimo, fino ad un ideale livello zero. La legge quindi ruota tutta intorno a due punti fondamentali: rimpiazzare l’animale ove possible e ridurre al massimo le sofferenze e il numero di animali impiegati, mantenendo la significatività statistica grazie a calcoli precisi (3R: Rimpiazzare, Rifinire, Ridurre). L’iter autorizzativo è molto severo e abbastanza burocratizzato complicando molto la ricerca, fino quasi a scoraggiarla, e questa, va detto, è una delle problematiche che da anni i ricercatori devono gestire. Ma tralasciando gli inevitabili problemi politico-burocratici, un fatto è ormai provato: anche i mammiferi meno sviluppati come i piccoli roditori hanno capacità empatiche importanti e provano sofferenza anche psicologica. Studi di alto livello [1–3] hanno infatti dimostrato come il dolore fisico alteri l’espressione genica, inibisca il funzionamento del nervo vago, stimoli l’attivazione immunitaria e causi, tra le altre alterazioni, un incremento della neuroinfiammazione. Lo stress ha effetti analoghi in maniera dose-dipendente [4,5] e impatta anche sulla termoregolazione e sul funzionamento del tessuto adiposo bruno e dell’ipotalamo [6,7]. Oggi le ricerche analizzano fenomeni e meccanismi cellulari sempre più fini è sofisticati, è ovvio che a fianco dell’importante problema etico ci sia anche il rischio di veder compromessi i risultati delle ricerche qualora dolore e stress non vengano gestiti e impediti. Ma a che punto siamo nella gestione della sofferenza e nell’utilizzo di metodi che possano sostituire l’animale da laboratorio? Da più di vent’anni gruppi di ricerca in vari paesi si dedicano esclusivamente a questi problemi e oggi abbiamo strumenti importanti per quantificare la sofferenza e per ridurla. Esistono metodi di osservazione e valutazione del comportamento che permettono ai ricercatori di quantificare il benessere [8–12] e di trovare le giuste strategie per garantire la serenità degli animali [13–15]. Allo stesso tempo tecnologie di imaging permettono multiple osservazioni su un singolo animale senza procedure invasive, quindi senza causare sofferenza [16,17].

La ricerca stessa sta quindi trovando soluzioni importanti al problema della riduzione del numero di animali e delle loro eventuali sofferenze.

Ma c’è un altro campo di studi estremamente affascinante che sta sviluppando dispositivi artificiali i quali, almeno in parte, riproducono la complessità degli organismi viventi: stiamo parlando della bioingegneria e delle colture cellulari di prossima generazione. Organoidi, colture sotto flusso e organi su chip stanno rivoluzionando la ricerca medica di base: la spinta etica a trovare alternative all’uso dell’animale ha prodotto straordinari strumenti che colmano vuoti importanti nelle metodiche di laboratorio.

Siamo ancora lontani dal poter rimpiazzare l’animale, e ci vorranno forse decenni, ma di sicuro la tecnologia sta già permettendo osservazioni e scoperte che non erano pensabili usando gli animali o le classiche colture cellulari. Ad oggi un laboratorio di medie dimensioni può permettersi l’utilizzo di bioreattori, camere di coltura dove le cellule possono crescere in tre dimensioni, riproducendo in maniera semplificata gli organi di appartenenza, e sotto lo stimolo del flusso del medium di coltura, che mima la circolazione sanguigna. Tutte condizioni impossibili nelle classiche colture cellulari [18,19]. Oppure si possono coltivare cellule dell’epitelio polmonare su un microchip riproducendo le funzioni polmonari per studiare ad esempio l’edema; questo dispositivo può analizzare gli scambi aria-fluidi in tempo reale e può essere connesso ad un computer [20,21] (https://wyss.harvard.edu/media-post/lung-on-a-chip/).

Grande interesse ha poi suscitato la creazione di un organoide cerebrale che, nonostante la ridotta capacità vitale, ha aperto nuovi orizzonti nella ricerca neurologica [22,23]. E ancora, la creazione delle iPS, che sono valse il Nobel al ricercatore che le ha prodotte, permettono di creare una cellula differenziata di qualsiasi organo partendo da semplice cellule di fibroblasti che vengono “trasformati” nella cellula di interesse. Ad oggi questa tecnologia permette di prelevare fibroblasti da pazienti con patologie genetiche, ad esempio la SLA, differenziarli nelle cellule appartenenti all’organo malato e studiare direttamente sul corredo genetico alterato del paziente i meccanismi d’azione o eventuali terapie [24].

Come possiamo vedere, la scienza aiuta la scienza. I problemi anche etici che nascono dalla ricerca scientifica trovano la loro soluzione nel metodo scientifico. Non nelle ideologie, non nella persecuzione di categorie professionali attraverso la gogna mediatica o la disinformazione.

Mai come in questo periodo storico il cittadino è chiamato ad essere consapevole e responsabile delle fonti da cui trae le informazioni, informazioni che lo guideranno in una scelta politica, che sia una raccolta firme o un’altra forma di attivismo civico. Forzature ideologiche hanno drammaticamente portato a scelte politiche sbagliate, a procedure di infrazione che il nostro paese si è trovato a fronteggiare e, ancor peggio, alla paralisi della ricerca di base che, già sotto finanziata, soffre dell’endemico disinteresse da parte delle istituzioni.

In ultima analisi saranno i cittadini le prime vittime della progressive riduzione della ricerca, perché da sempre il livello delle cure mediche e le ricadute tecnologiche nel mondo del lavoro dipendono dalla mole di ricerche che vengono prodotte in un paese. E storicamente i paesi che sono diventati leader mondiali sono sempre stati quelli che hanno investito nella ricerca e nella cultura.

Bibliografia

1.           Ren K, Dubner R. Interactions between the immune and nervous systems in pain. Nat Med [Internet]. 2010;16(11):1267–76. Available from: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20948535

2.           Gemes, G., Rigaud, M. Dean, C., Hopp, F.A., Hogan, Q.H., Seagard J. Baroreceptor Reflex is Suppressed in Rats that Develop Hyperalgesia Behavior after Nerve Injury. Pain. 2009;146(3):293–300.

3.           Wang, H. S, K. DP, R.J. B, J. X, D.L. G, et al. Chronic neuropathic pain is accompanied by global changes in gene expression and shares pathobiology with neurodegenerative diseases. Neuroscience [Internet]. 2002;114(3):529–46. Available from: http://ovidsp.ovid.com/ovidweb.cgi?T=JS&PAGE=reference&D=med4&NEWS=N&AN=12220557%5Cnhttp://ovidsp.ovid.com/ovidweb.cgi?T=JS&PAGE=reference&D=emed5&NEWS=N&AN=2002390036

4.           Langford DJ, Crager SE, Shehzad Z, Smith SB, Sotocinal SG, Levenstadt JS, et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science (80- ). 2006;312(5782):1967–70.

5.           Ataka K, Asakawa A, Nagaishi K, Kaimoto K, Sawada A, Hayakawa Y, et al. Bone marrow-derived microglia infiltrate into the paraventricular nucleus of chronic psychological stress-loaded mice. PLoS One. 2013;8(11):1–14.

6.           Calvillo L, Gironacci MM, Crotti L, Meroni PL, Parati G. Neuroimmune crosstalk in the pathophysiology of hypertension. Nat Rev Cardiol [Internet]. 2019 Aug 20;16(8):476–90. Available from: http://www.nature.com/articles/s41569-019-0178-1

7.           Redaelli V, Bosi A, Luzi F, Cappella P, Zerbi P, Ludwig N, et al. Neuroinflammation, body temperature and behavioural changes in CD1 male mice undergoing acute restraint stress: An exploratory study. PLoS One [Internet]. 2021;16(11):e0259938. Available from: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0259938

8.           Roughan J V., Flecknell PA. Behavioural effects of laparotomy and analgesic effects of ketoprofen and carprofen in rats. Pain. 2001;90(1–2):65–74.

9.           Langford DJ, Bailey AL, Chanda ML, Clarke SE, Drummond TE, Echols S, et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nat Methods. 2010;7(6):447–9.

10.        Hess SE, Rohr S, Dufour BD, Gaskill BN, Pajor EA, Garner JP. Home improvement: C57BL/6J mice given more naturalistic nesting materials build better nests. J Am Assoc Lab Anim Sci [Internet]. 2008;47(6):25–31. Available from: http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2687128&tool=pmcentrez&rendertype=abstract

11.        Gouveia K, Hurst JL. Reducing Mouse Anxiety during Handling: Effect of Experience with Handling Tunnels. PLoS One. 2013;8(6):e66401.

12.        Roughan J V, Wright-Williams SL, Flecknell P a. Automated analysis of postoperative behaviour: assessment of HomeCageScan as a novel method to rapidly identify pain and analgesic effects in mice. Lab Anim. 2009;43(1):17–26.

13.        Ciuffreda MC, Tolva V, Casana R, Gnecchi M, Vanoli E, Spazzolini C, et al. Rat experimental model of myocardial ischemia/reperfusion injury: An ethical approach to set up the analgesic management of acute post-surgical pain. PLoS One. 2014;9(4):e95913.

14.        Redaelli V, Papa S, Marsella G, Grignaschi G, Bosi A, Ludwig N, et al. A refinement approach in a mouse model of rehabilitation research. Analgesia  strategy, reduction approach and infrared thermography in spinal cord injury. PLoS One. 2019;14(10):e0224337.

15.        Gouveia K, Hurst JL. Improving the practicality of using non-aversive handling methods to reduce background stress and anxiety in laboratory mice. Sci Rep. 2019;9(1):1–19.

16.        Roughan J V., Bertrand HGMJ, Isles HM. Meloxicam prevents COX-2-mediated post-surgical inflammation but not pain following laparotomy in mice. Eur J Pain (United Kingdom). 2016;20(2):231–40.

17.        Tillmanns J, Carlsen H, Blomhoff R, Valen G, Calvillo L, Ertl G, et al. Caught in the act: In vivo molecular imaging of the transcription factor NF-kappaB after myocardial infarction. Biochem Biophys Res Commun. 2006;342(3):773–4.

18.        Marchesi N, Barbieri A, Fahmideh F, Govoni S, Ghidoni A, Parati G, et al. Use of dual-flow bioreactor to develop a simplified model of nervous-cardiovascular systems crosstalk: A preliminary assessment. PLoS One [Internet]. 2020;15(11 November):1–16. Available from: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0242627

19.        Vozzi F, Mazzei D, Vinci B, Vozzi G, Sbrana T, Ricotti L, et al. A flexible bioreactor system for constructing in vitro tissue and organ models. Biotechnol Bioeng. 2011;108(9):2129–40.

20.        Zamprogno P, Wüthrich S, Achenbach S, Thoma G, Stucki JD, Hobi N, et al. Second-generation lung-on-a-chip with an array of stretchable alveoli made with a biological membrane. Commun Biol [Internet]. 2021 Feb 5;4(1):168. Available from: https://www.nature.com/articles/s42003-021-01695-0

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Le dipendenze da sostanze sono un fenomeno complesso e multifattoriale, coinvolge molti aspetti della vita di un individuo, dalla salute fisica e mentale alle relazioni sociali e lavorative. 

L’OMS definisce la “dipendenza patologica” come “condizione psichica, talvolta anche fisica, derivante dall’interazione tra un organismo e una sostanza, caratterizzata da risposte comportamentali e da altre reazioni che comprendono un bisogno compulsivo di assumere la sostanza in modo continuativo o periodico, allo scopo di provare i suoi effetti psichici e talvolta di evitare il malessere della sua privazione”.

Esistono diversi tipi di dipendenza, tra cui sostanze stupefacenti (eroina, cocaina, cannabinoidi e oppiacei); farmaci antidepressivi, ansiolitici o sonniferi; fumo di sigaretta, alcool.

Cause e prevenzione delle dipendenze

Si pensa che l’insorgenza delle dipendenze sia dovuta a tre fattori: neurobiologici, dovuti a caratteristiche genetiche, a variazioni della disponibilità di alcuni neurotrasmettitori – dopamina, serotonina, noradrenalina – che regolano il tono dell’umore); individuali dovuti a esperienze di vita e alla personalità come ricerca di sensazioni forti, propensione al rischio, desiderio esasperato di successo, bassa autostima; socio-ambientali dovuti all contesto familiare, socio culturale ed economico della comunità in cui il soggetto vive, alle abitudini del gruppo di appartenenza, alla presenza o no di reti di sostegno sociale.

Fattori sociali, culturali sono molto importanti per quanto riguarda l’inizio e il mantenimento (o la recidiva) dell’uso di sostanze. Vedere membri della famiglia e coetanei che utilizzano sostanze aumenta il rischio di iniziare a usarle. I soggetti in terapia trovano molte più difficoltà se sono circondati da altri utenti che utilizzano anche tale sostanza.

La prevenzione è il mezzo più efficace per evitare e ridurre i rischi e i danni alla salute dovuto all’uso e abuso di sostanze psicoattive e alla comparsa di disturbi comportamentali. Le ricerche e le linee guida internazionali propongono l’adozione di approcci strategici multidisciplinari per contrastare e ridurre l’offerta attraverso politiche di regolamentazione dell’accesso; diminuire la domanda modificando gli atteggiamenti delle persone; favorire il coordinamento tra le diverse politiche settoriali. 

Gli interventi possono essere rivolti alla popolazione generale o mirati a individui vulnerabili o con comportamenti problematici prima dell’insorgere della dipendenza.

Come agiscono le droghe

Non tutti i modi di agire delle droghe sono conosciuti, però sappiamo che esiste la corteccia cingolata anteriore, un’area del nostro cervello, importante nella motivazione e nel rinforzo del comportamento.

Nel momento in cui scatta la dipendenza viene iperstimolata, portando alla continua e spasmodica ricerca di quella determinata sostanza o determinato comportamento.

Le droghe coinvolgono lo scambio di informazioni e segnali tra i neuroni del sistema nervoso attraverso i neurotrasmettitori. Questi possono essere stimolanti, come la noradrenalina, adrenalina, dopamina e serotonina, o inibitori, come le endorfine, modulando vari aspetti dell’attività cerebrale. 

Ogni alterazione nell’azione dei neurotrasmettitori, sia di entità che di durata, compromette l’equilibrio fisiologico del cervello.

Le droghe agiscono modificando il rilascio e l’azione dei neurotrasmettitori, influenzando così il loro effetto e la durata.

Indipendentemente dal meccanismo di azione specifico, tutte le droghe aumentano il rilascio di dopamina nella parte del cervello associato alla gratificazione/ricompensa, portando inizialmente a una sensazione di elevata gratificazione. Con il tempo, le attività che solitamente procurano piacere normale diventano meno appaganti, spingendo l’individuo a cercare continuamente dosi sempre maggiori per ottenere una gratificazione sempre più ridotta.

Effetti e conseguenze delle dipendenze da sostanze

Le conseguenze negative sulla salute possono essere principalmente di tre tipi: dirette e dovute agli effetti farmacologici della sostanza e dalla via di assunzione; indirette, come epatite B e C, AIDS, disturbi del sistema nervoso centrale (SNC); sociali legate a comportamenti illegali, violenze, incidenti. 

Le droghe possono essere suddivise in diverse categorie in base ai loro effetti: stimolanti, depressivi, allucinogeni e oppiacei. Gli stimolanti, come la cocaina e le anfetamine, aumentano l’attività del sistema nervoso, portando a un incremento temporaneo dell’energia e della vigilanza. I depressivi, come l’alcol e i barbiturici, riducono l’attività del sistema nervoso centrale, provocando sedazione e riduzione dell’ansia. Gli allucinogeni, come l’LSD e la psilocibina, alterano la percezione della realtà, causando allucinazioni visive e uditive. Gli oppiacei, come l’eroina e la morfina, sono potenti antidolorifici che agiscono sui recettori del dolore nel cervello.

Dal punto vista della salute mentale le sostanze causano ansia, depressione, schizofrenia, apatia, paranoia, disturbi bipolari e della personalità.

Dal punto di vista fisico gli effetti delle droghe sono: danni al sistema nervoso centrale, convulsioni, danni irreversibili alla memoria, infertilità, impotenza, malattie cardiovascolari, insufficienza renale, lesioni polmonari, lacerazioni epiteliali e venose, overdose e talvolta morte.

Trattamento delle dipendenze

Il trattamento varia a seconda della sostanza e delle circostanze. È impegnativo e comprende uno o più dei seguenti elementi: disintossicazione acuta, prevenzione e gestione dell’astinenza, cessazione dell’uso, mantenimento dell’astinenza. Le diverse fasi possono essere gestite con l’uso di farmaci, consulenze psicologiche e gruppi di supporto. Trattare una dipendenza significa aiutare l’individuo a interrompere l’uso della sostanza, prevenendo le ricadute e recuperando il proprio ruolo sociale e familiare.

Una volta riconosciuta e diagnosticata la dipendenza, è fondamentale rivolgersi a uno specialista capace di fornire un aiuto reale. Il primo passo per il paziente è decidere di uscirne definitivamente. 

I trattamenti per le dipendenze variano e possono includere terapie farmacologiche, percorsi psicologici con professionisti e approcci innovativi. Tra questi abbiamo la stimolazione magnetica transcranica, che stimola aree specifiche del cervello tramite un campo magnetico e la Mindfulness integrata con la psicoterapia cognitivo-comportamentale, particolarmente efficace nel trattamento delle dipendenze da sostanze e nella prevenzione delle ricadute. 

La scelta del trattamento dipende dal caso specifico e può prevedere una combinazione di approcci. La terapia farmacologica è spesso utilizzata per gestire i sintomi dell’astinenza e prevenire le ricadute. I farmaci aiutano a eliminare i sintomi della disassuefazione e a prevenire il riuso della sostanza.

Tra le psicoterapie più efficaci rientrano la terapia cognitivo comportamentale, l’approccio motivazionale e la terapia dialettico comportamentale. Questi approcci hanno dimostrato risultati significativi nel raggiungimento degli obiettivi terapeutici e nella prevenzione delle ricadute.

Sitografia:

https://www.msdmanuals.com/it-it/professionale/disturbi-psichiatrici/disturbi-correlati-all-uso-di-sostanze/disturbi-da-uso-di-sostanze

https://www.oprs.it/psicologi-e-psicologia-in-sicilia/2023/12/06/dalluso-allabuso-di-sostanze-cause-effetti-possibili-rimedi/

https://www.msdmanuals.com/it-it/professionale/argomenti-speciali/droghe-illecite-e-tossici

https://www.politicheantidroga.gov.it/it/notizie-e-approfondimenti/dipendenze-le-droghe/cosa-sono/

https://www.salute.gov.it/portale/prevenzione/dettaglioContenutiPrevenzione.jsp?lingua=italiano&id=5763&area=prevenzione&menu=obiettivi2020

Nella giornata di sabato 13 aprile alle ore 10 presso l’aula Green Globe dell’Itis Zaccagna Galilei, Il Prof. Yuri Galletti, Presidente dell’associazione Semi di Scienza APS e divulgatore scientifico, ha tenuto una bellissima conferenza sulla sostenibilità e sulle professioni green, offrendo una guida preziosa per il futuro per le classi del triennio di biotecnologie ambientali, automazione, elettronica e chimica dei materiali.

Durante l’intervento, gli alunni sono stati invitati ad esprimere il loro punto di vista in merito a sostenibilità e professioni green mediante la realizzazione di alcuni wordcloud. Questo è servito per  sottolineare l’importanza cruciale di adottare pratiche sostenibili in tutti gli aspetti della vita, inclusi il lavoro e la carriera. In questo modo, il Prof. Yuri Galletti è riuscito a coinvolgere gli studenti e evidenziare come le professioni green stiano emergendo nell’ultimo decennio come  una risposta fondamentale alla sfida al cambiamento climatico e alla crisi ambientale.

Con passione e competenza, facendo riferimento ai dati presenti in letteratura, il Prof. Galletti ha evidenziato quali saranno le qualità lavorative più richieste nel futuro. Ha dissertato circa le diverse opportunità di carriera nel campo della sostenibilità, dalla gestione delle risorse naturali alle energie rinnovabili, dall’architettura sostenibile, alle tecniche agricole green, dalla ricerca ambientale alle biotecnologie bianche e grigie utilizzate oggi in alcune startup di successo che valorizzano gli scarti agricoli dando loro una nuova vita. Attraverso esempi concreti e casi di studio, il Prof. Galletti ha inoltre  dimostrato come le professioni green stiano diventando sempre più centrali nell’economia globale, con un crescente numero di aziende e organizzazioni che cercano esperti e consulenti ambientali in grado di guidare la transizione verso un modello di sviluppo sostenibile.

La conferenza ha anche fornito ai partecipanti preziose informazioni su come intraprendere percorsi di formazione professionale nel campo della sostenibilità.

In conclusione, la conferenza ha sottolineato, in accordo con le direttive ministeriali in merito a orientamento ed educazione civica, quanto importante sia sensibilizzare i giovani verso le tematiche e le professioni green e ha motivato e ispirato quest’ultimi a considerare il loro ruolo fondamentale nel plasmare il futuro del pianeta. Alla conferenza, organizzata dalle Prof.sse Maria Cristina Matelli, Chiara Colotti e dal Prof. Riccardo Canesi, hanno presenziato  anche i docenti: Laura Bontardelli, Carla Albertino, Elisa Pinarelli, Simonetta Simoncini, Giulia Garibbo, Mariangela Mazzeo e Luca Bardini. Si ringrazia per l’organizzazione anche il personale ATA del plesso Galilei che ha contribuito alla buona riuscita dell’iniziativa in questione e dell’intero ciclo di conferenze dal titolo Ambiente e Lavoro nel terzo millennio.

Due giorni dedicati alla divulgazione scientifica, come piace a noi.

Comunicare alle studentesse e agli studenti di ogni ordine e grado è una nostra missione, mentre divulgare al grande pubblico rappresenta una grande sfida. Da 6 anni, come associazione di promozione sociale, proviamo a portare avanti iniziative per lasciare semi di conoscenza, con l’obiettivo di rispondere a domande fondamentali. Promuoviamo inoltre una maggiore consapevolezza sulle grandi criticità globali, in primis il cambiamento climatico.

Ci divertiamo e ci siamo divertiti tantissimo con la scuola secondaria di primo grado “Silvestro Gherardi” di Lugo (RA) e presso l’Asineria di Reggio nell’Emilia durante il festival delle scienze naturali.

La scienza è metodo e comunità, lo abbiamo dimostrato!
Chi di scienza è amatore, a lungo andar avrà onore.

Yuri Galletti – Presidente Semi di Scienza

1. Per condividere una o più attività con i divulgatori e le divulgatrici dell’associazione.
2. Per proporre nuove attività.
3. Per condividere competenze e conoscenze scientifiche con noi e con le persone coinvolte nei nostri progetti.
4. Per il sapere comune.
5. Per curiosità.
6. Per passione.
7. Per il solo motivo di volerci donare un contributo per realizzare un nostro progetto.
8. Perchè credete in noi.
9. Perchè amate la scienza.
10. Perchè la scienza è metodo e comunità.

Il presidente Yuri Galletti

Chi di scienza è amatore, a lungo andar avrà onore…

Si è concluso il progetto di Citizen Science “Profili Antropici”, finanziato dall’8 per Mille Chiesa Valdese, grazie al quale abbiamo quantificato i rifiuti abbandonati su tre spiagge caratterizzate da diverse condizioni ambientali e di utilizzo da parte dei cittadini lungo la costa toscana e individuato possibili misure di regolamentazione che possono essere adottate dagli amministratori locali.

Le tre spiagge monitorate sono state Bocca di Serchio (Marina di Vecchiano, PI), Cala del Leone (LI), Lillatro (Rosignano, LI).

La maggior parte dei rifiuti trovati sono oggetti o frammenti di oggetti in plastica, e a ogni campionamento e in ogni spiaggia è stata superata la soglia precauzionale della Strategia marina europea per il buono stato ecologico: 20 rifiuti /100m.

L’inquinamento tossico da rifiuti di plastica mina la salute umana, contribuisce alla perdita di servizi ecosistemici e culturali e genera cambiamenti ambientali dannosi su larga scala e a lungo termine, mettendo a rischio la sostenibilità degli ecosistemi marini e costieri. Per essere affrontato, richiede l’adozione di misure normative a livello internazionale, nazionale e locale. L’identificazione degli oggetti maggiormente presenti nel marine litter è essenziale per definire le priorità delle politiche ambientali al fine di prevenire la dispersione della plastica e promuovere un’economia circolare.

Abbiamo condiviso i dati raccolti nell’ambito del progetto Profili Antropici con le tre amministrazioni comunali (Marina di Vecchiano, Livorno, Rosignano) e sottomesso un abstract per la X edizione del Simposio Internazionale “Il Monitoraggio Costiero Mediterraneo: problematiche e tecniche di misura” organizzato dall’Istituto di BioEconomia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IBE) in collaborazione con la Società Italiana di Selvicoltura ed Ecologia Forestale (SISEF), che si terrà a Livorno dall’11 al 13 Giugno 2024 presso il Museo di Storia Naturale del Mediterraneo.

Di seguito i risultati del progetto in forma sintetica: