Una scoperta che stravolge secoli di pensiero sulla natura e la composizione dei calcoli renali

Un geologo, un microscopista e un medico entrano in un laboratorio e, con i loro colleghi di tutta la nazione, fanno una scoperta che stravolge secoli di pensiero sulla natura e la composizione dei calcoli renali. L'intuizione chiave del team, riportata nella rivista Scientific Reports, è che i calcoli renali sono costituiti da strati ricchi di calcio che assomigliano ad altre mineralizzazioni in natura, come quelle che formano barriere coralline o che sorgono nelle sorgenti termali, acquedotti romani o campi petroliferi sottosuperficiali. Soprattutto per la salute umana, i ricercatori hanno scoperto che i calcoli renali si dissolvono e ricrescono ripetutamente mentre si formano.

Ciò contraddice la nozione ampiamente diffusa secondo cui i calcoli renali sono rocce omogenee che non si dissolvono mai e sono diverse da tutte le altre rocce in natura, ha detto il professore di geologia e microbiologia dell'Università del Illinois, Bruce Fouke, che ha condotto la nuova ricerca con Jessica Saw, Mayo Clinic School of Medicine e stutente Ph.D. presso l'Università di Illinois; e Mayandi Sivaguru, direttore associato della Carl Zeiss Laboratories @ Location presso l'Istituto Carl R. Woese per la biologia genomica presso l'Università di Illinois.

"Contrariamente a quanto i medici apprendono nella loro formazione medica, abbiamo scoperto che i calcoli renali subiscono un processo dinamico di crescita e dissoluzione, crescita e dissoluzione", ha detto Fouke. "Questo significa che un giorno potremmo essere in grado di intervenire per dissolvere completamente le pietre nel rene del paziente, cosa che la maggior parte dei medici oggi direbbe impossibile".

"Invece di essere inutili frammenti cristallini, i calcoli renali sono una registrazione minuto per minuto della salute e del funzionamento del rene di una persona", ha detto.

La scoperta è stata il ​​risultato dell'osservare i calcoli renali molto più da vicino e con una gamma più ampia di tecniche di microscopia elettronica e della luce, ha detto Sivaguru, l'autore principale dello studio che ha condotto il lavoro al microscopio. I metodi comprendevano la microscopia a campo chiaro, a contrasto di fase, polarizzazione, confocale, a fluorescenza e elettronica, con combinazioni di questi strumenti e spettroscopia a raggi X di recente invenzione.

Molte delle tecniche sono comunemente impiegate in geologia e geobiologia, ma non sono state usate per studiare le mineralizzazioni negli organismi viventi, come i calcoli renali e i calcoli biliari che si formano nel corpo umano, ha detto Fouke. In particolare, l'uso della luce ultravioletta, che causa la fluorescenza di alcuni minerali e proteine ​​a diverse lunghezze d'onda, ha offerto una nuova e ampia miniera di informazioni.

Una tecnologia di recente sviluppo, la microscopia a super risoluzione di Airyscan, ha permesso al team di visualizzare i campioni con una risoluzione di 140 nanometri, un ingrandimento molto più alto di quanto sia normalmente possibile con la microscopia ottica.

Lo sforzo si è tradotto in immagini straordinariamente chiare e colorate della storia di crescita interna dei calcoli renali, rivelando che si sono accumulate alternando strati sottili di materia organica e cristalli, interrotti da cristalli interni sporgenti.

Nei primi stadi dello sviluppo della calcolosi renale, i ricercatori hanno scoperto che i cristalli di una forma idrata di ossalato di calcio aderiscono l'uno all'altro, formando un grumo grosso e irregolare. Strati di materia organica e cristalli si accumulano in cima a questo nucleo interno, creando un guscio esterno. Le pietre continuano a dissolversi e a crescere. Essere in grado di vedere chiaramente gli strati per la prima volta ha permesso di ricreare questa storia geologica, ha detto Fouke.

"In geologia, quando vedi strati, significa che qualcosa di più vecchio è sotto qualcosa di più giovane", ha detto. "Uno strato può essere depositato nel corso di periodi di tempo molto brevi o molto lunghi."

Ma molti degli strati erano interrotti, rivelando che una parte delle pietre - di solito i cristalli diidrati interni - si era dissolta. Nuovi cristalli di una forma disidratata di ossalato di calcio avevano ripreso a crescere in quei vuoti.

"Pertanto, una roccia rappresenta tutta una serie di eventi nel tempo che sono fondamentali per decifrare la storia della malattia renale", ha detto Fouke.

Ricercatori e dottori che studiano e curano le malattie renali ora dovranno ripensare alle loro ipotesi di base, ha detto Saw.

"Prima di questo studio, si pensava che un calcolo renale fosse solo un semplice cristallo che si ingrandisce nel tempo", ha detto. "Quello che stiamo vedendo qui è che è dinamico. La pietra cresce e si dissolve, cresce e si dissolve. È ricco di molti componenti. È molto vivo. "

Fouke, Saw e Sivaguru sono affiliati all'Istituto Carl R. Woese per la biologia genomica. Visto sta perseguendo un dottorato di ricerca in fisiologia molecolare e integrativa all'Illinois.

La Mayo Clinic e l'Alleanza strategica dell'università dell'Illinois per l'assistenza sanitaria basata sulla tecnologia, la Mayo Clinic O'Brien Urology Research Center e l'Istituto nazionale di astronautica e aeronautica spaziale hanno supportato questa ricerca.

Fonte: Università dell'Illinois