BIOLOGICAL EFFECTS OF CADMIUM ON CELLS, ORGANS AND TISSUES

Valutazione degli effetti biologici indotti dal cadmio (Cd), uno dei metalli pesanti maggiormente tossici al quale l’uomo può essere esposto e già classificato come carcinogeno umano, su cellule, organi e tessuti potenzialmente bersaglio. Sono stati valutati gli effetti biologici del cadmio su cellule di ghiandola mammaria umana normale e tumorale (MCF-10A e MCF-7, rispettivamente), su neuroni fetali umani ottenuti da colture primarie (FNC-B4) e direttamente su espianti di midollo spinale umano fetale. Dopo trattamento con cloruro di cadmio (CdCl2) a varie concentrazioni e tempi di esposizione, sono stati valutati la morfologia, la proliferazione e la vitalità cellulari, necrosi ed apoptosi, l’espressione di geni coinvolti nella differenziazione, la risposta a stress ossidativi e il potenziale angiogenetico delle cellule e dei tessuti esaminati. Tali indagini sono state svolte con l’ausilio di tecniche e metodiche di biologia cellulare, biologia molecolare ed immunoistochimica. Tra i risultati più significativi, l’esposizione delle cellule MCF-7 a concentrazioni non citotossiche (10µM) di CdCl2 per 48 ore ha significativamente inibito la loro capacità di indurre angiogenesi in vivo, evidenziando un effetto paradosso se confrontata con la capacità pro-carcinogenica del Cd dovuta alla sua attività estrogeno-simile capace di stimolarne invece la proliferazione. Tale effetto antitetico potrebbe altresì spiegare l’incertezza riscontrata in letteratura nel definire il ruolo del Cd nell’insorgenza e progressione del cancro della mammella. L’esposizione dei neuroblasti FNC-B4 a diverse concentrazioni di CdCl2 ha mostrato una serie di effetti biologici dose-dipendenti: a basse concentrazioni (10 µM) il CdCl2 ha stimolato la proliferazione dei neuroblasti mentre ad alte concentazioni (100 µM) ne ha indotto differenziazione cellulare, alterazioni morfologiche, del citoscheletro e fenomeni di apoptosi. E’ stato osservato che il CdCl2 ha incrementato in maniera dose-dipendente i livelli di mRNA e proteine coinvolti nella differenziazione delle FNC-B4 (es. GFAP, β-tubulina III) mentre ne ha diminuito i livelli di espressione di alcuni marker di staminalità (es. Nanog, Nestina). Poichè i neuroblasti maggiormente differenziati esprimevano sia marker neuronali che gliali, è stato ipotizzato, quindi, un possibile ruolo del Cd nell’indirizzare, nella coltura primaria di neuroblasti fetali FNC-B4, le cellule mature maggiormente differenziate verso una morte cellulare, mentre le cellule indifferenziate, progenetrici sia di neuroni che di cellule gliali, ad intraprendere processi differenziativi. Infine l’esposizione a concentrazioni crescenti di CdCl2 (10 e 100 µM) di espianti di midollo spinale umano fetale (9-12 settimane di gestazione) ha evidenziato, nelle corna ventrali, una significativa diminuzione del numero delle cellule associata ad un’alta incidenza di manifestazioni apoptotiche, ed un aumento della componente gliale nella regione subependimale. Il decremento, inoltre, di cellule positive alla Colina Acetiletransferasi e l’overespressione del Nerve Growth Factor Receptor (marker apoptotico) ha suggerito una specifica tossicità da parte del Cd verso i motoneuroni delle corna ventrali. Le corna dorsali, invece, non hanno mostrato significative alterazioni cellulari nella sostanza grigia, sebbene fossero evidenti progressive modificazioni nella forma del canale ependimale e del solco mediano posteriore. Tali risultati hanno confermato il possibile ruolo del Cd in alcune malattie neurodegenerative.