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Cardiovascular Physiology Laboratory

Componenti

Attività

LABORATORIO FISIOLOGIA CARDIOVASCOLARE

RESEARCH ACTIVITY

Cardiovascular (heart and vessel) diseases are the leading cause of morbidity and mortality worldwide. Intriguingly, the cardiovascular system has the intrinsic potential to protect itself against damage induced by ischemia/reperfusion and cardiotoxic substances.

In the Cardiovascular Physiology laboratories, research is carried out to clarify the mechanisms of cardiovascular protection against damage induced directly or indirectly by various factors [ischemia / reperfusion (I / R), chemical (Herbicides and derivatives)] and the endogenous repair potential of the myocardial injury in terms of endogenous molecules (e.g. apelin, gas transmitters Hydrogen sulphide) and potentially therapeutic protective protocols (e.g. remote conditioning). Cardioprotection by remote conditioning is induced with brief ischemia of the limbs.

Ischemia / reperfusion (I / R) damage repair project. The mechanisms of cardioprotection are studied through different experimental protocols (in vitro, ex vivo and in vivo murine models) in the presence of two or more diseases or medical conditions (co-morbidities) and compared with those present in healthy conditions (donor heart).  We aim to verify the molecular mechanisms that are the basis of the protective response induced by therapeutic experimental protocols (for example remote conditioning), endogenous biomaterials (e.g. platelets and extracellular vesicles) and exogenous nanomaterials (e.g. oxygen-charged nanocarriers).

Herbicides and derivatives project: Biological effects of sub-toxic levels of herbicides and derivatives on endothelial cells and cardiomyocytes. Role of mitochondria in the deleterious outcome of glyphosate and AMPA exposure.

Apelin-13 projects: Beside cardioprotective effect (inotropic positive effect and limitation of infarct size), the endogenous peptide Apelin-13 also displayed antiarrhythmic action. Altered Connexin-43 (cx-43) expression and distribution in the cardiac tissue has been observed in several cardiac diseases (such as myocardial infarction and diabetes) and this alteration is related to increased incidence of cardiac arrhythmias that can lead to sudden death; we aim to investigate: 1) the role of Apelina-13 in the regulation of cx-43 expression; 2) the molecular mechanism and the role of autophagic process in the regulation of cx-43 expression. In vitro experimental models for the morphological and functional study of cx-43 in both normoxic and hypoxic conditions.

ONGOING PROJECTS

Nanocarriers Loaded with Oxygen to Enhance Protection of the Organ during Explantation and Transport

Disciplinary Scientific Sector: BIO/09 Physiology

Fundings: RILO 2020, RILO 2021, Fondo di Beneficenza San Paolo.

Team: Pasquale Pagliaro (PO), Penna Claudia (PO), Francesco Trotta (PO, Dipartimento Chimica), Federica Cavalli (PO, Dipartimento Farmacia), Stefano Comità (PhD student), and Maria Tannous (Senior Research Fellow).

Abstract: Transplantation of the heart requires that the organ must be kept for a certain period of time in non-oxygenated cardioplegic solution. Novel nanocarriers, such as cyclic nigerosyl-nigerose, may be innovative tools for controlled oxygen delivery. In this study using the ex vivo heart model, new oxygen nanocarrier formulations will be analyzed in order to investigate the best formulation suitable for donor heart storage and transport.

Extracellular vesicles in cardioprotection

Disciplinary Scientific Sector: BIO/09 Fisiologia

Fundings: RILO 2020, RILO 2021.

Team: Claudia Penna (PO), Pasquale Pagliaro (PO), Maria Felice Brizzi (PA, Dipartimento Scienze Mediche, Med/09), Fabrizio D’Ascenzio (RtdB, Dipartimento Scienze Mediche Mara Brancaccio (PA, MBC), Sorge Matteo (Post-Doc, MBC), Stefano Comità (PhD student).

Abstract: Extracellular (EV) vesicles are emerging early markers of myocardial damage and key mediators of cardioprotection. In ex vivo models, EVs obtained following different stimuli (biological, conditioning maneuvers, such as remote conditioning) isolated from cellular models, animals or patients will be tested in order to investigate the molecular mechanism of this protection.

Biological effects of sub-toxic doses of glyphosate on the cardiovascular system mediated by microbiota

Disciplinary Scientific Sector: Fisiologia. BIO/09

Fundings: RILO 2020, RILO 2021

Team: Mancardi Daniele (PA), Silvia De Francia (RtdB, Bio/16),

Abstract: glyphosate is a worldwide used herbicide and daily exposure limit leads to the disruption of gut microbiota with detrimental indirect effects on the cardiovascular system. The study aims to investigate the effects on cardiac and endothelial cells mediated by microbiota altered by a daily intake of low doses of glyphosate through the diet.

Effect of Apelin-13 in the regulation of connexin-43 expression in cardiac cells and the role of autophagic process in its mechanism of action

Disciplinary Scientific Sector: BIO/09 Physiology

Fundings: RILO 2020, RILO 2021

Team: Raffaella Rastaldo (PA), Prof. Giachino Claudia (PO, Med/46), Dr. Emanuela Vitale (Senior Research Fellow) and Dr. Rachele Rosso (PhD student).

Abstract: Connexin-43 is the main protein forming gap junction which plays a crucial role in signal conduction in the heart. A reduced expression in cx-43 has been observed in several cardiac diseases and, in particular after infarction, it promotes arrhythmias which can lead to sudden death. This study aims at investigating the effect of Apelin-13 on cx-43 expression in cardiac cells undergone normoxic or hypoxic conditions, as well as the pathways involved and the role of autophagy in this regulation, since it is a main degradation mechanism involved in the rearrangement of proteins in cellular membrane.

ATTIVITÀ DI RICERCA

Le malattie cardiovascolari (del cuore e dei vasi) sono la principale causa di morbilità e mortalità nel mondo. Eppure il sistema cardiovascolare ha il potenziale intrinseco per proteggersi dai danni indotti dall'ischemia/riperfusione e dalle sostanze cardiotossiche.

Nei laboratori di Fisiologia Cardiovascolare vengono svolte ricerche per chiarire i meccanismi endogeni di protezione cardiovascolare nei confronti del danno indotto in via diretta o indiretta da diversi fattori [ischemia/riperfusione (I/R), chimico (glifosate)]. Le potenzialità endogene di riparazione della lesione miocardica vengono studiati in termini di protocolli sperimentali terapeutici di protezione (e.g. remote conditioning) e molecole endogene (e.g. apelina e H2S). Il remote conditioning è un fenomeno protettivo che si induce con delle brevi ischemie degli arti.

Progetto: Riparazione danno ischemia/riperfusione (I/R). I meccanismi di cardioprotezione sono studiati mediante diversi protocolli sperimentali (in vitro, ex vivo e in vivo in modelli murini). Gli studi vengono condotti in presenza di due o più patologie (comorbidità) e in cuori sani (cuori dei donatori). Nei nostri studi vengono verificati i meccanismi molecolari che sono alla base della risposta protettiva indotta da interventi terapeutici sperimentali (ad esempio, remote conditioning), biomateriali endogeni (e.g. piastrine e vescicole extracellulari) ed esogeni (Nanomateriali carichi con ossigeno).

Progetto: Azione cardioprotettiva del peptide endogeno Apelina-13: Oltre ad un’azione inotropa positiva e di riduzione dell’area d’infarto, l’Apelina-13 ha un’azione antiaritmica. Un’alterata espressione e distribuzione di connessina-43 (cx-43) nel tessuto miocardico risulta in varie patologie cardiache tra le quali l’infarto e diabete, e questa alterazione è responsabile di aritmie che possono essere fatali; questo studio vuole rivelare 1) il ruolo dell’Apelina-13 nella regolazione dell’espressione della proteina cx-43 e 2) il meccanismo molecolare e il ruolo dei processi autofagici nella regolazione dell’espressione proteina della cx-43. La ricerca prevede l’utilizzo di vari modelli sperimentali in vitro per lo studio morfologico e funzionale della cx-43, sia in condizioni normossiche che ipossiche.

Progetto: Effetti biologici di effetti sub-tossici di erbicidi e derivati sulle cellule endoteliali e cardiache. Ruolo dei mitocondri nell’effetto deleterio dell’esposizione a  glifosate e AMPA.

PROGETTI IN CORSO

Studio di Nanocarriers Caricati con Ossigeno atti al miglioramento e alla protezione dell’Organo durante L’Espianto e il Trasporto

Settore: BIO/09 Fisiologia

Ente finanziatore: RILO 2020, RILO 2021, Fondo di Beneficenza San Paolo.

Team: Pasquale Pagliaro (PO), Penna Claudia (PO), Francesco Trotta (PO, Dipartimento Chimica), Federica Cavalli (PO, Dipartimento Farmacia), Stefano Comità (PhD student), Maria Tannousand (Senior Research Fellow).

Abstract: Il trapianto di cuore richiede che l'organo debba essere mantenuto per un certo periodo di tempo in soluzione cardioplegica non ossigenata. Nuovi nanocarrier, come la nigerosyl-nigerose ciclica, possono essere strumenti innovativi per la somministrazione di ossigeno in modo controllato. In questo studio utilizzando il modello di cuore ex vivo, saranno analizzate nuove formulazioni di nanocarrier di ossigeno al fine di andare a indagare la migliore formulazione idonea per la conservazione e il trasporto del cuore da trapiantare.

Vescicole extracellulari nella cardioprotezione

Settore: BIO/09 Fisiologia

Ente finanziatore: RILO 2020, RILO 2021, Fondo di Beneficienza San Paolo.

Team: Claudia Penna (PO), Pasquale Pagliaro (PO), Maria Felice Brizzi (PA, Dipartimento Scienze Mediche, Med/09), Riccarda Granata (PA, Dipartimento Scienze Mediche Med) Mara Brancaccio (PA, MBC), Sorge Matteo (Post-Doc, MBC), Stefano Comità (PhD student).

Abstract: Le vescicole extracellulari (EV) sono emergenti marcatori precoci di danno miocardico e mediatori chiave della cardioprotezione. In modelli ex vivo saranno testate EVs ottenute a seguito di diversi stimoli (biologici, manovre di condizionamento, quali il remote conditioning) isolate sia da modelli cellulari, animali o da pazienti al fine di andare a indagare il meccanismo molecolare di tale protezione.

Effetti biologici di dosi subtossiche di glifosate sul sistema cardiovascolare mediati dal microbiota

Settore: Fisiologia. BIO/09

Ente finanziatore: RILO 2020, RILO 2021

Team: Mancardi Daniele (PA), Silvia De Francia (RtdB, Bio/16),

Abstract: il glifosate è un erbicida ampiamente usato e i limiti di esposizione giornaliera alterano la composizione del microbiota intestinale con importanti ripercussioni indirette sul sistema cardiovascolare. Lo studio si propone di investigare gli effetti su cellule cardiache e endoteliali mediati da un microbiota alterato dall’assunzione quotidiana di bassi livelli di glifosate assunto con la dieta.

Effetto dell’Apelina-13 sulla regolazione dell’espressione di connessina-43 nelle cellule cardiache e ruolo del processo autofagico in questo meccanismo d’azione

Settore: BIO/09 Fisiologia

Ente finanziatore: RILO 2020, RILO 2021

Partecipanti al progetto: Raffaella Rastaldo (PA), Prof. Giachino Claudia (PO, Med/46), Dr. Emanuela Vitale (Senior Research Fellow) and Dr. Rachele Rosso (PhD student).

Abstract: La connessina-43 è la principale proteina che forma le giunzioni gap che svolgono un ruolo cruciale nella conduzione del segnale nel cuore. Una ridotta espressione in cx-43 è stata osservata in diverse malattie cardiache e, in particolare dopo l'infarto, promuove aritmie che possono portare a morte improvvisa. Questo studio mira a indagare l'effetto di Apelin-13 sull'espressione di cx-43 in cellule cardiache sottoposte a condizioni normossiche o ipossiche, nonché le vie coinvolte e il ruolo dell'autofagia in questa regolazione, poiché è un meccanismo di degradazione coinvolto nel riarrangiamento delle proteine nella membrana cellulare.


 

Prodotti della ricerca

PUBBLICAZIONI/PUBLICATIONS

  1. Zicola E, Arrigo E, Mancardi D. H2S Pretreatment Is Promigratory and Decreases Ischemia/Reperfusion Injury in Human Microvascular Endothelial Cells. Oxid Med Cell Longev. 2021 Apr 15;2021:8886666. doi: 10.1155/2021/8886666.
  2. Folino A, Accomasso L, Giachino C, Montarolo PG, Losano G, Pagliaro P, Rastaldo R. Apelin-induced cardioprotection against ischaemia/reperfusion injury: roles of epidermal growth factor and Src. Acta Physiol (Oxf). 2018 Feb;222(2). doi: 10.1111/apha.12924.
  3. Penna C, Femminò S, Caldera F, Rubin Pedrazzo A, Cecone C, Alfì E, Comità S, Higashiyama T, Trotta F, Pagliaro P, Cavalli R. Cyclic Nigerosyl-Nigerose as Oxygen Nanocarrier to Protect Cellular Models from Hypoxia/Reoxygenation Injury: Implications from an In Vitro Model. Int J Mol Sci. 2021 Apr 19;22(8):4208. doi: 10.3390/ijms22084208.
  4. Penna C, Sorge M, Tullio F, Comità S, Femminò S, Brancaccio M, Pagliaro P. A TRICk to Improve the Effectiveness of RIC: Role of Limb Temperature in Enhancing the Effectiveness of Remote Ischemic Conditioning. Biology (Basel). 2022 Jan 17;11(1):146. doi: 10.3390/biology11010146. PMID: 35053144; PMCID: PMC8773203.
  5. D'Ascenzo F, Femminò S, Ravera F, Angelini F, Caccioppo A, Franchin L, Grosso A, Comità S, Cavallari C, Penna C, De Ferrari GM, Camussi G, Pagliaro P, Brizzi MF. Extracellular vesicles from patients with Acute Coronary Syndrome impact on ischemia-reperfusion injury. Pharmacol Res. 2021 Aug;170:105715. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105715.
Ultimo aggiornamento: 15/02/2022 13:05
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