Tutti i segreti degli ormoni

1. SCIENZA BIZZARRA

Servì una serie di esperimenti crudi e controversi per dare il via alla scoperta degli ormoni e del loro funzionamento.

Molti di questi prevedevano strane pratiche sui testicoli. Ma nel corso di circa cento anni, il nuovo campo dell'"endocrinologia" - così è chiamato lo studio degli ormoni - rivoluzionò la scienza e la medicina, e molti disturbi del sistema endocrino poterono rapidamente essere diagnosticati e curati.

La storia inizia nel 1849, con uno scienziato tedesco chiamato Arnold Berthold e numerosi galletti castrati. Berthold osservò che asportando i testicoli ai galletti durante lo sviluppo, essi non esprimevano in età adulta tipiche caratteristiche dei maschi come cresta e bargigli rossi.

In quello che ora è riconosciuto come il primo esperimento di endocrinologia, Berthold reimpiantò numerosi testicoli nei corpi degli animali castrati. I galletti presto iniziavano a sviluppare i tratti dei simili non castrati, tra cui il tipico piumaggio e il comportamento aggressivo dell'accoppiamento.

I testicoli reimpiantati a loro volta ricominciavano ad approvvigionarsi di sangue. L'esperimento indicava che qualunque cosa determinasse le caratteristiche maschili doveva generarsi nei testicoli e trasmettersi attraverso il flusso sanguigno.

Nonostante l'importanza della scoperta di Berthold, i risultati all'epoca passarono in gran parte inosservati — ci volle un altro mezzo secolo prima che gli scienziati tornassero sul suo lavoro e sviluppassero le sue idee.

Altri scienziati ipotizzarono che le "secrezioni interne" influissero sulle funzioni di vari organi, ma la comunità scientifica semplicemente non poteva capire che i composti chimici nel sangue avevano effetti così ad ampio raggio sul corpo.

Verso la fine del XIX secolo, lo studio di queste misteriose ghiandole e delle loro funzioni finì a volte fuori strada. Uno stimato medico di nome Charles-Édouard Brown-Séquard iniziò una serie di esperimenti eccentrici, nella maggior parte dei quali si iniettava liquidi estratti da testicoli animali spremuti.

Nel 1889, all'età di 72 anni, annunciò di avere invertito il suo invecchiamento grazie al "succo testicolare" di cani e porcellini d'India. Gli effetti sperimentati da Brown-Séquard erano in gran parte placebo.

Le sue iniezioni dovevano contenere un po' di testosterone, che il suo corpo rapidamente scomponeva. Eppure Brown-Séquard dichiarava che praticamente tutte le malattie si potevano curare con il succo testicolare.

Le notizie sulla sua storia diedero vita a una bizzarra moda per queste iniezioni, e dalla fine del 1889 migliaia di medici le somministrarono, mentre i chimici iniziarono a vendere "cure miracolose" realizzate con diversi fluidi animali.

Per fortuna, poiché gli esperimenti con gli estratti delle ghiandole diventavano via via più solidi, l’endocrinologia presto tornò sui binari. Nel 1891, George Redmayne Murray annunciò di essere riuscito a curare la patologia chiamata mixedema.

Oggi riconosciuta come insufficienza della tiroide, la malattia provocava allarmanti rigonfiamenti di mani e occhi. La terapia di Murray prevedeva iniezioni di estratti della tiroide di pecore.

Come Brown-Séquard, Murray semplicemente sminuzzava il tessuto animale e lo spremeva per estrarne un succo, forzando il torbido fluido attraverso un filtro in mussolina prima di iniettarlo nei pazienti. A differenza delle pozioni di Brown-Séquard, però, gli estratti di Murray contenevano alte quantità di ormoni tiroidei.

Ci vollero molti anni prima di comprendere il ruolo della tiroide nella regolazione di metabolismo e crescita, eppure la terapia funzionava - il che ne fa la prima applicazione operativa dell'endocrinologia nella medicina convenzionale.

Nel 1895, George Oliver e Edward Albert Schafer mostrarono che iniettando estratti di ghiandole surrenali e ipofisi negli animali, la pressione sanguigna aumentava. Era un'ulteriore prova del fatto che le secrezioni delle ghiandole potevano determinare effetti importanti nel resto del corpo.

Nella foto sotto, il testosterone visto con un microscopio a luce polarizzata.

2. CAMMINI OSCURI

Nonostante le prove crescenti a favore di un sistema di controllo chimico interno, le società scientifiche erano ancora riluttanti ad accettare l'idea.

Il giudizio prevalente da tempo era che il sistema nervoso controllasse le funzioni del corpo, ed era difficile accettare che le cose non fossero così. Questa comprensione incompleta portò l'endocrinologia lungo percorsi oscuri.

Nei primi anni del 900, migliaia di uomini (tra cui il poeta WB Yeats) si sottoposero a una procedura simile a una vasectomia chiamata "Steinach" dal nome del medico austriaco Eugen Steinach, secondo il quale l’asportazione dei testicoli rallentava l'invecchiamento e aumentava il vigore sessuale.

Tragicamente, a cavallo tra Ottocento e Novecento, centinaia di migliaia di donne in salute subirono l'asportazione delle ovaie-spesso a forza - nell’erronea convinzione che l'operazione impedisse l'insorgere di malumore, isteria, pazzia e altre patologie in età avanzata.

Superare queste idee rozze e primitive richiese un approccio più meditato del semplice metodo "spremi una ghiandola e vedi che cosa succede". Per fortuna, nel 1902, il medico inglese Ernest Starling e suo cognato William Bayliss condussero un esperimento chiarificatore.

I due erano noti per essere sperimentatori compulsivi, e provarono che composti chimici nel sangue cambiano il modo in cui un organo si comporta, indipendentemente dal sistema nervoso.

Ecco l'esperimento chiave: mentre Ernest Starling e William Bayliss stavano studiando il controllo esercitato dal sistema nervoso sulla digestione, osservavano in particolare il duodeno - la parte dell'intestino tenue che si trova subito dietro lo stomaco.

Quando il succo gastrico entra nel duodeno, il pancreas rilascia succo pancreatico. A quel tempo, gli ormoni erano poco compresi. Un gran numero di scienziati continuava a pensare che le funzioni vitali degli organi, come il rilascio di succo pancreatico, fossero controllate dal sistema nervoso.

Per verificarlo, Starling e Bayliss tagliarono tutti i nervi nel pancreas e nel duodeno di un cane anestetizzato. Scoprirono che il pancreas continuava a produrre succo pancreatico quando l'acido gastrico attraversava il duodeno. Sospettarono che il duodeno producesse qualcosa che entrava nel flusso sanguigno e agiva sul pancreas.

Per dimostrarlo, prelevarono un po' di tessuto dal duodeno, aggiunsero acido, macinarono con sabbia, filtrarono la miscela e la iniettarono nel sangue del cane. Il pancreas del cane iniziò a produrre succo pancreatico pressoché immediatamente.

Poiché nel primo esperimento c'era la possibilità che non avessero reciso tutti i nervi nel pancreas e nel duodeno, questo secondo esperimento dimostrava che era un agente nel sangue a stimolare la produzione di succo pancreatico, non i nervi.

I due chiamarono la sostanza rilasciata dal duodeno "secretina". Più tardi emerse che si trova in tutti i vertebrati. Diventato famoso per il suo lavoro, Starling fu invitato a tenere una serie di lezioni al Royal College of Physicians nel 1905.

Qui, mentre descriveva gli agenti chimici che studiava con i colleghi, usò un termine che a quanto pane aveva coniato la sera prima cenando con uno studente di poesia greca. Il termine era "ormone", dal greco antico "eccitarsi", e fece presa.

Da allora, i progressi in endocrinologia iniziarono a prendere velocità. Nel 1921 i fisiologi canadesi Frederick Banting e Charles Best scoprirono l'insulina, l'ormone che regola l’assorbimento dello zucchero dal flesso sanguigno.

L'elegante esperimento dei due avrebbe dato origine a una terapia che continua a salvare milioni di vite. Prima della scoperta di Banting e Best, chi era affetto da diabete spesso andava incontro a una morte lenta e dolorosa in giovane età.

I malati di diabete di tipo 1 non producono insulina, il che significa che lo zucchero presente nel cibo che assumono rimane nel sangue anziché essere assorbito dai tessuti e fornire energia.

I due medici iniziarono rimuovendo il pancreas a un cane. Il cane diventò rapidamente diabetico, indicando che il pancreas aveva un ruolo chiave nella malattia. La maggior parte del tessuto pancreatico secerne succhi digestivi, ma i due erano convinti che l'organo avesse un'altra funzione.

In un altro cane, strinsero il condotto pancreatico con una cordicella, causando la morte delle cellule del pancreas responsabili della produzione di succo digestivo. Rimasero quindi solo le cellule sulle quali volevano condurre esperimenti, quelle oggi note come isole di Langerhaus.

Estrassero le secrezioni di queste cellule e le iniettarono in cani diabetici. I livelli di zucchero nel sangue degli animali tornarono rapidamente a valori normali. Un anno più tardi, dopo aver capito come purificare la loro miscela, la iniettarono nel primo paziente umano.

Presto si trovarono in prima persona a iniettare il farmaco a schiere di bambini, che in fretta si riprendevano dal loro torpore mortale, per la meraviglia delle loro famiglie.

Nella foto sotto, Ernest Starling raffigurato durante l'esperimento sull'attività del pancreas che portò alla scoperta dell’ormone secretina.

3. SCOPERTA DI UN FARMACO

A due anni dalla scoperta di Banting e Best, la compagnia farmaceutica Eli Lilly produceva insulina, estratta da animali come i buoi, in quantità sufficiente a trattare tutti i malati di diabete del Nord America.

Negli anni ‘60, l'ormone è stato sintetizzato in laboratorio, e ora non servono più animali per ottenerlo.

La moderna endocrinologia era in piena attività e vide molte scoperte fondamentali nel resto del secolo. Molte derivarono dall'abilità di misurare piccole quantità di ormoni che circolano nel sangue.

Misure tanto precise sarebbero state impossibili senza una tecnica chiamata "dosaggio radioimmunologico", sviluppata dal fisico statunitense Rosalyn Yalow. La scienziata ricevette il premio Nobel nel 1977 insieme con gli endocrinologi Roger Guillemin e Andrew Schally.

La sua tecnica, che usa anticorpi progettati per legarsi alle molecole biologiche desiderate, permise a Guillemin e Schally di misurare concentrazioni minime nel sangue di ormoni dell'ipofisi.

Il lavoro fu determinante per capire il ruolo dell'ipofisi come regolatrice delle altre ghiandole endocrine. Qualche volta chiamata "ghiandola maestra", l'ipofisi collega la regione dell'ipotalamo nel cervello con il resto del sistema endocrino. È un legame fondamentale tra il mondo esterno, i nostri sensi, e il sistema di risposta chimico del corpo.

Secondo l'endocrinologa Saffron Whitehead, il dosaggio radioimmunologico di Yalow e lo sviluppo dell'imaging ad alta risoluzione sono ciò che ha guidato pressoché tutti i progressi della moderna endocrinologia negli ultimi 50 anni.

“Il dosaggio radioimmunologico ha rivoluzionato la ricerca e la diagnostica in endocrinologia. Per la prima volta si sono potuti misurare con precisione i livelli degli ormoni in circolo," afferma.

Oggi, la nostra conoscenza sugli ormoni è cresciuta immensamente - gli scienziati hanno scoperto fino a oggi circa 80 ormoni, e ora sappiamo che sono più i tessuti che non le ghiandole endocrine a produrli.

Continua il lavoro per scoprire le complesse relazioni tra gli ormoni e i grandi problemi della nostra epoca, come obesità, malattie cardiovascolari, depressione e invecchiamento. Anche il tentativo di comprendere il legame tra i nostri geni e il sistema endocrino impegnerà gli endocrinologi nei prossimi anni.

Whitehead crede che ci siano ancora molti ormoni da scoprire: “Penso che scopriremo che cosi come sono secreti nel flusso sanguigno, ci sono ormoni che agiscono localmente, tra cellule."

Oggi, l'endocrinologia è all’avanguardia tra le scienze della vita - usa moderne tecniche di laboratorio e simulazioni al computer per capire i sistemi biochimici immensamente complessi che ci mantengono vivi.

Ma la scienza moderna deve molto ai medici dell'Ottocento, che per primi condussero quei primitivi e gloriosamente disgustosi esperimenti.

Nella foto sotto, attraverso l'occhio di un microscopio elettronico a trasmissione si può vedere una cellula (arancione) dell'ipofisi mentre secerne ormoni (verdi).

4. I PROTAGONISTI

Ecco 5 scienziati creativi che ci hanno aiutato a capire come funzionano gli ormoni:

- Arnold Berthold (1803-1861)
Berthold fu un medico e uno zoologo tedesco. Studiò gli organi e le caratteristiche sessuali di vari animai, ma è ricordato soprattutto per il suo lavoro sui galletti castrati, il primo esperimento nel campo dell'endocrinologia.

- Chartes-Édouard Brown-Séquard (1817-1894)
Brown-Séquard fu un eminente scienziato delle Mauritius che diede molti grandi contributi alla medicina e alle nostre conoscenze sul sistema nervoso. Fece però deragliare la scienza degli ormoni iniettandosi il succo d testicoli animali e difendendo proclami su quanto il succo lo facesse stare bene.

- Ernest Starling (1866-1927)
Starling fu il fisiologo inglese che nel 1905 coniò il termine "ormone". Insieme con il cognato William Bayliss diede molti contributi allo studio degli ormoni. Il loro esperimento sulla secretina è un classico.

- Harvey Cushing (186Θ-1939)
Cushing fu un neurochirurgo statunitense, pioniere della chirurgia cerebrale. Fu il primo a descrivere vari disturbi dell'ipofisi e sperimentò anche trapianti di ipofisi.

- Rosalyn Yalow (1921-2011)
Fisico statunitense, vincitrice del premio Nobel nel 1977 per lo sviluppo della tecnica del dosaggio "radioimmunologico". Riuscì a misurare quantità minime di ormoni in campioni di sangue o di tessuti. Benché la sua tecnica abbia rivoluzionato tutte le aree della biochimica. Yalow si è rifiutata di brevettarla.

5. CRONOLOGIA

Una volta che chi scienziati hanno stabilito il significato delle ghiandole, non c'è voluto molto per venire a capo degli ormoni:

- 1700
L’apice della moda dei castrati - cantanti maschi d’opera che subivano la castrazione prima della pubertà. Giuseppe Aprile fu uno di questi.

- 1849
Il famoso esperimento di Arnold Berthold sui galletti rivela che i testicoli hanno un ruolo chiave nello sviluppo delle caratteristiche maschili, anche separati dal sistema nervoso.

- 1891
George Redmayne Murray cura i pazienti affetti da mixedema con estratti dalle tiroidi di pecora.

- 1905
Ernest Starling usa il termine "ormone" per descrivere i messaggeri chimici che si stanno via via scoprendo.

- 1915
Harvey Cushing inizia il suo lavoro sull'ipofisi e la classifica come "ghiandola maestra" che sincronizza molti altri processi metabolici.

- 1921
Frederick Banting e Charles Best sviluppano la terapia a base di insulina per i malati di diabete. Banting ebbe il premio Nobel due anni più tardi, e divise il denaro con Best.

- 1977
Insieme a Roger Guillemin (foto sotto) e Andrew Schally, Rosalyn Yalow vince il premio Nobel. Il "dosaggio radioimmunologico" messo a punto dalla scienziata statunitense permette a Guillemin e Schally di misurare con precisione piccole quantità di ormoni dell'ipofisi nel sangue.