La Paraoxonasi 2 (PON2) è un enzima associato alla membrana che possiede un’elevata attività idrolitica contro la molecola di segnalazione batterica 3-oxo-C12 omoserina lattone, con conseguente difesa contro batteri patogeni come Pseudomonas aeruginosa. Inoltre, PON2 mostra una funzione di ossidoriduzione consentendo la prevenzione dell’aterosclerosi. Molti dati scientifici suggeriscono il coinvolgimento di PON2 in diverse malattie umane come il diabete mellito, la malattia di Alzheimer e il cancro del pancreas. In particolare, una recente ricerca ha dimostrato il potenziale coinvolgimento di PON2 nella patogenesi del tromboembolismo venoso nei pazienti affetti da COVID-19. In questo studio, sono stati approfonditi i meccanismi regolatori e i potenziali ruoli dell’enzima PON2 renale, utilizzando sistemi sia in vivo che in vitro. Nel ceppo di ratti normotesi Milano, in condizioni di alto aldosterone indotto da una dieta a basso contenuto di sodio, PON2 risulta up-regolato in parallelo con l’attivazione proteolitica dell’alfa-ENaC nella corteccia renale. Questi meccanismi avvengono mediante l’attivazione del recettore dei mineralcorticoidi, poiché lo spironolattone che è antagonista dell’aldosterone, blocca sia l’attivazione di ENaC che l’up-regolazione di PON2. Inoltre, è stato dimostrato che lo spironolattone e il canrenone inibiscono l’attività della lattonasi PON2 in vitro. Infine, l’up-regolazione di PON2 indotta dall’aldosterone è associata a livelli ridotti di specie reattive dell'ossigeno (ROS) nella corteccia renale, in particolare i livelli di superossido. Questi risultati indicano l’ormone aldosterone come un nuovo regolatore di PON2 nel rene e suggeriscono che PON2 potrebbe preservare il rene dai danni correlati ai ROS indotti dall’aldosterone, come la fibrosi, mediante la modulazione dei livelli di ROS.

La microscopia a 2 fotoni (2PM) rappresenta la tecnica “gold standard” per effettuare studi di fisiopatologia renale in vivo. Infatti, rispetto alle precedenti metodiche, la 2PM offre una maggiore penetrazione del laser nei tessuti grazie alla minore dispersione della luce, una minore foto-tossicità che permette di monitorare continuamente nel tempo i campioni studiati ed una minore perdita di fluorescenza. A Biogem è stato realizzato un laboratorio di 2PM grazie alla generosa donazione della fondazione “Terzo Pilastro Internazionale”, presieduta dal Prof. Emmanuele F.M. Emanuele. In questo studio ci siamo focalizzati principalmente su 3 grandi progetti di ricerca: lo studio della funzione glomerulare attraverso la misurazione del single nephron glomerular filtration rate (SNGFR), lo studio della funzione tubulare mediante la valutazione del riassorbimento di glucosio e di proteine nel tubulo prossimale, e la rilevazione e quantificazione della fibrosi renale in vivo ed ex vivo. Nel laboratorio di Nefrologia Traslazionale è stato messo a punto un approccio innovativo per misurare in vivo il SNGFR, che rappresenta uno dei più importanti parametri renali in grado di dare informazioni precise ed in tempo reale sulla funzione renale. Tale approccio, validato in modelli sperimentali di insufficienza renale acuta, garantisce grande precisione e affidabilità nelle misurazioni offrendo risultati comparabili alle precedenti metodiche. Per gli studi di funzionalità tubulare, in particolare il riassorbimento di glucosio nei tubuli renali prossimali, è stato utilizzato un modello murino GLUT2 cko che mima la sindrome di Fanconi Bickel, una patologia genetica caratterizzata da accumulo di glucosio epato-renale, alterato metabolismo di glucosio e galattosio, e disfunzione del tubulo prossimale. Grazie alla 2PM è stato possibile dimostrare in vivo che i topi GLUT2 cko hanno un alterato meccanismo di riassorbimento del glucosio rispetto al gruppo controllo. Infine, è stato possibile sviluppare un approccio per rilevare e quantificare la fibrosi renale sia in modelli animali che in sezioni tissutali. Questo è possibile sfruttando il fenomeno ottico della “second harmonic generation” (SHG), proprietà intrinseca della 2PM, che consente di rilevare naturalmente e senza nessuna marcatura esogena specifiche molecole tissutali, come le fibre di collagene e la miosina. Tale metodica garantisce elevata specificità e permette di eliminare la variabilità tipica delle tradizionali metodiche istologiche di colorazione. La SHG accoppiata a software di machine learning è in grado di effettuare classificazione di immagini e rappresenta un valido strumento per quantificare la fibrosi renale, non solo nei modelli animali ma anche per la pratica clinica routinaria. Gli approcci di microscopia messi a punto in questo progetto aumenteranno le conoscenze relative a diverse condizioni patologiche, quali l’insufficienza renale acuta e la fibrosi renale, e potranno servire per sviluppare nuovi farmaci in grado di ripristinare le condizioni fisiologiche.