Ogni mattina, nel corpo umano ha inizio un programma biologico perfettamente coordinato. Ancor prima di essere completamente svegli, i livelli di cortisolo aumentano, la temperatura corporea cambia, il metabolismo si attiva e alcuni geni vengono attivati mentre altri vengono disattivati. Di notte, invece, hanno luogo processi di riparazione, il sistema immunitario funziona in modo diverso e il corpo si prepara alla rigenerazione. Alla base di tutti questi processi c’è il cosiddetto orologio interno: un sistema di regolazione biologica che influenza quasi tutte le funzioni del nostro corpo.

Da decenni gli scienziati cercano di capire come funzioni effettivamente questo sistema di misurazione del tempo biologico. Ora i ricercatori hanno compiuto un notevole passo avanti: per la prima volta sono riusciti a ricostruire in laboratorio, al di fuori delle cellule viventi, un orologio circadiano estremamente semplificato. Il nuovo studio offre una rara visione delle basi molecolari del nostro sistema di misurazione del tempo interno e potrebbe, a lungo termine, aiutare a trattare meglio i disturbi del sonno, il jet lag e persino le malattie croniche.

L’orologio invisibile nel corpo

La maggior parte delle persone associa l’orologio interno principalmente al sonno e alla stanchezza. In realtà, però, il sistema circadiano è molto più complesso. Il termine “circadiano” deriva dal latino e significa “all’incirca un giorno”. Si riferisce ai ritmi biologici che seguono un ciclo di 24 ore.

Negli esseri umani, questo orologio interno è controllato da una piccola area del cervello: il cosiddetto nucleo soprachiasmatico. Questo centro risponde principalmente ai segnali luminosi provenienti dagli occhi e sincronizza il corpo con il ritmo giorno-notte dell’ambiente.

Ma la vera sorpresa della cronobiologia moderna è che non è solo il cervello ad avere un orologio. Quasi ogni organo ha i propri orologi molecolari. Il fegato, l’intestino, la pelle, i muscoli e persino le singole cellule immunitarie seguono i propri ritmi biologici. Comunicano costantemente tra loro e coordinano innumerevoli processi nel tempo. È proprio questo complesso coordinamento che i ricercatori cercano di decifrare da anni.

Il nuovo orologio da laboratorio

Il team di ricerca internazionale non si è concentrato direttamente sugli esseri umani, ma piuttosto sui cianobatteri: minuscoli microrganismi che sono tra gli organismi viventi più semplici conosciuti dotati di un orologio biologico. Proprio perché il loro sistema è relativamente semplice nella struttura, è particolarmente adatto per studiare i meccanismi fondamentali dei ritmi circadiani.

Gli scienziati hanno isolato i componenti molecolari chiave di questo orologio biologico e li hanno ricostruiti al di fuori delle cellule viventi in una provetta. Ciò che è risultato particolarmente sorprendente è stato il numero esiguo di componenti necessari per generare un ritmo biologico stabile.

Il sistema creato artificialmente ha iniziato autonomamente ad attivare e disattivare determinati geni a intervalli regolari, in modo simile a quanto accade negli organismi viventi. Al mattino venivano attivati determinati processi, che in seguito venivano nuovamente disattivati. Ciò ha permesso ai ricercatori di replicare per la prima volta un orologio interno funzionante in un ambiente estremamente semplificato. Si tratta di un passo significativo per la cronobiologia. Fino ad ora, molti processi potevano essere studiati solo in cellule viventi o organismi complessi. Il nuovo modello consente ora di analizzare i singoli meccanismi con molta maggiore precisione.

Perché l’ora del giorno è importante per i geni

L’idea che i geni operino in modo dipendente dal tempo può sembrare insolita a prima vista. In realtà, però, molti processi biologici seguono un programma rigoroso. Il corpo non produce ormoni a un ritmo costante 24 ore su 24 e anche il sistema immunitario modifica la propria attività nel corso della giornata.

Al mattino, l’attività e la vigilanza aumentano tipicamente. Il corpo si prepara al movimento e al dispendio energetico. Di notte, invece, prevalgono i processi di riparazione e rigenerazione. Anche la sensibilità al dolore o ai farmaci può variare a seconda dell’ora del giorno. Gli scienziati ritengono ora che migliaia di geni nel corpo umano siano regolati dai ritmi circadiani. Se questo ordine finemente calibrato viene interrotto, può avere conseguenze di vasta portata.

Ciò è particolarmente evidente nelle persone che lavorano a turni. Chi lavora regolarmente di notte o cambia costantemente i propri ritmi di sonno sbilancia il proprio orologio interno. Gli studi ora collegano tali disturbi cronici a un aumento del rischio di malattie cardiovascolari, diabete, obesità, depressione e processi infiammatori. Anche il jet lag, in definitiva, non è altro che un temporaneo disallineamento dell’orologio biologico del corpo.

Perché il jet lag è più di una semplice stanchezza

Dopo i voli a lungo raggio, molte persone avvertono principalmente stanchezza e difficoltà di concentrazione. Ma dietro le quinte sta accadendo molto di più. L’orologio biologico del corpo improvvisamente non è più sincronizzato con l’ambiente esterno.

Il problema è che non tutti i sistemi corporei si adattano alla stessa velocità. Mentre il ritmo del sonno a volte può cambiare relativamente in fretta, il metabolismo, il sistema endocrino e la digestione spesso impiegano molto più tempo. Ecco perché molte persone soffrono anche di problemi digestivi, cambiamenti nell’appetito o sbalzi d’umore dopo un viaggio.

Questa nuova ricerca potrebbe aiutare a influenzare tali processi in modo più specifico nel lungo termine. Se gli scienziati acquisissero una comprensione precisa dei meccanismi molecolari dell’orologio interno, potrebbero essere in grado di sviluppare farmaci che regolano o stabilizzano i ritmi biologici più rapidamente. I ricercatori stanno già lavorando su composti sperimentali che agiscono specificamente sui meccanismi di controllo circadiano. L’obiettivo è quello di anticipare o posticipare l’orologio interno in modo controllato, in modo simile a come si azzerano gli orologi meccanici. Un recente studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), sta già studiando composti sperimentali progettati per accelerare l’adattamento al jet lag. I ricercatori sperano che questo permetta loro di influenzare l’orologio interno del corpo in modo più preciso in futuro, ad esempio dopo voli a lungo raggio o durante il lavoro a turni

La cronomedicina come futuro della terapia

Lo studio è in linea con una tendenza più ampia della medicina moderna: la cosiddetta cronomedicina. Questo approccio si concentra sull’integrazione più completa dei ritmi biologici nella diagnostica e nella terapia.

Per molto tempo, l’ora del giorno non ha avuto quasi alcun ruolo in medicina. Oggi, tuttavia, sappiamo che la tempistica di un trattamento può essere cruciale. Alcuni farmaci funzionano meglio al mattino che alla sera, certi farmaci per la pressione sanguigna hanno un effetto più forte di notte e anche le risposte immunitarie cambiano nel corso della giornata.

La ricerca sul cancro è particolarmente interessante. Gli scienziati stanno attualmente conducendo studi approfonditi per determinare se la chemioterapia potrebbe essere meglio tollerata o più efficace se fosse allineata con precisione all’orologio interno del corpo. I ricercatori sono inoltre sempre più interessati ai ritmi circadiani alterati in relazione a malattie mentali come la depressione o il disturbo bipolare. Il mini-orologio ricostruito in laboratorio potrebbe aiutare ad analizzare tali connessioni in modo più preciso in futuro.

Quando la tecnologia misura l’orologio biologico

Parallelamente alla ricerca di base, si sta sviluppando rapidamente un altro campo: la cronobiologia digitale. I moderni dispositivi indossabili come gli smartwatch raccolgono già dati su sonno, frequenza cardiaca, movimento e temperatura corporea. I ricercatori stanno lavorando per calcolare la fase circadiana individuale di una persona a partire da questi dati.

A lungo termine, ciò potrebbe portare a raccomandazioni altamente personalizzate. Dopotutto, non tutti seguono lo stesso ritmo biologico. Alcuni sono naturalmente mattinieri, mentre altri sono significativamente più attivi la sera. In futuro, i dispositivi indossabili potrebbero essere in grado di calcolare: quando i farmaci funzionano meglio, quando l’esercizio fisico è particolarmente efficace o quando il corpo si rigenera in modo più efficace. Anche le terapie della luce o i piani nutrizionali potrebbero essere adattati all’orologio interno dell’individuo.

La luce artificiale, in particolare, gioca un ruolo centrale in questo. Molti cronobiologi avvertono ora che gli stili di vita moderni potrebbero influenzare in modo permanente il sistema circadiano. La luce degli schermi la sera, l’illuminazione notturna e gli orari di sonno irregolari alterano i segnali che guidano l’orologio interno.

La ricerca è ancora agli albori

Nonostante tutto l’entusiasmo, gli esperti sottolineano che c’è ancora molta strada da fare tra gli esperimenti attuali e le terapie concrete. L’orologio ricostruito in laboratorio si basa su semplici microrganismi e non su cellule umane. Il sistema circadiano umano è significativamente più complesso.

Ciononostante, lo studio offre un vantaggio importante: permette ai ricercatori, per la prima volta, di osservare i fondamenti della misurazione biologica del tempo in un ambiente controllato. Molti processi che prima erano difficili da comprendere potrebbero così diventare più facili da capire. Per la cronobiologia, il lavoro segna quindi una tappa importante. Dimostra che anche processi biologici altamente complessi possono basarsi su principi molecolari relativamente semplici.

Il futuro potrebbe essere controllato dal tempo

È sempre più chiaro che la salute dipende non solo da ciò che accade nel corpo, ma anche da quando. L’orologio interno sembra influenzare molti più aspetti della vita di quanto si pensasse da tempo. Il nuovo orologio da laboratorio è quindi più di un semplice esperimento interessante.

Offre ai ricercatori l’opportunità, per la prima volta, di studiare il tempo biologico quasi come se fosse un sistema tecnico. A lungo termine, ciò potrebbe cambiare radicalmente la medicina: dalle terapie del sonno e dai trattamenti per il jet lag ai farmaci somministrati in base a orari personalizzati. La cronobiologia potrebbe quindi trovarsi solo all’inizio di uno sviluppo in grado di modificare in modo permanente la nostra visione della salute e della malattia.