I LIPIDI
I lipidi sono componenti essenziali della membrana cellulare e
arrivano a costituire fino al 70% della composizione totale a seconda del tipo
di cellule. La conoscenza dei lipidi, e quindi degli acidi grassi, è una delle
più antiche in ambito scientifico in quanto da sempre è noto come questi
componenti siano indispensabili alla vita cellulare. Gli acidi grassi sono,
infatti, protagonisti dell'omeostasi e della segnalazione cellulare e, sulla
base delle conoscenze scientifiche attuali, si delinea sempre più una visione
“dinamica” del loro funzionamento a seconda delle condizioni fisiologiche o
patologiche che l'organismo vive. In tempi recenti è stato compreso il ruolo
funzionale dei lipidi nell'ambito del metabolismo cellulare e come queste
molecole riescano ad accompagnare costantemente tutti i cambiamenti fisici e
chimici collegati alle varie fasi vitali di un organismo vivente.
I
lipidi sono preparati biosinteticamente dall’organismo, ma anche assunti
tramite la dieta. Possiamo riassumere il tipo di acidi grassi a seconda del
tipo di struttura e derivazione in:
- ACIDI
GRASSI SATURI (SFA) e MONOINSATURI (MUFA), che l’organismo umano può sia
preparare mediante biosintesi sia assumere attraverso l'alimentazione;
- ACIDI
GRASSI POLINSATURI (PUFA), a loro volta distinti in OMEGA-3 (n-3) di cui il capostipite è l’acido alfa-linolenico (ALA),
ed OMEGA-6 (n-6), con il capostipite
l’acido linoleico (LA). I due capostipiti (detti “acidi grassi essenziali, EFA”)
devono essere introdotti con l’alimentazione, ovvero non vengono preparati
dagli organismi eucarioti. Una volta assunti dalla dieta possono essere
trasformati enzimaticamente negli altri acidi grassi omega-3 ed omega-6.
Vale la pena di sottolineare che
i doppi legami degli acidi grassi insaturi MUFA e PUFA presenti nell’uomo sono
principalmente sotto forma di isomeri CIS, con una caratteristica struttura
ripiegata che influenza l’aggregazione lipidica nella membrana cellulare e le funzioni
biologiche. Il cambiamento della struttura lipidica può avvenire in certe
condizioni, per esempio di stress radicalico, con la formazione di isomeri TRANS,
che hanno un effetto profondamente diverso sull’organizzazione della membrana e
sull’intero metabolismo.
La biologia non ha mai
sottovalutato i lipidi poiché essi, come elementi strutturali, definiscono un
compartimento indispensabile per la vita, quale è la membrana cellulare. Per molti decenni, tuttavia, le ricerche in
ambito biologico hanno privilegiato il ruolo di altri componenti cellulari,
quali DNA e proteine, concentrandosi sul meccanismo di trasmissione genetica
oppure sulla decodificazione del messaggio genetico attraverso la sintesi
proteica. Anche il ruolo dei carboidrati è sempre stato considerato di grande
rilievo in quanto collegato ad importanti meccanismi fisiologici e patologici.
Proprio in quest'ultimo decennio
però i lipidi, ed in particolare gli acidi grassi, hanno iniziato ad attrarre
sempre più l'attenzione del mondo scientifico perchè sono emerse importanti
connessioni con diverse attività cellulari, ad esempio stimolazione
dell'espressione genica, funzionamento di proteine di membrana e meccanismi di
trasduzione del segnale. La varietà delle strutture degli acidi grassi saturi
ed insaturi è ora meglio compresa perchè è stata associata ad una specifica
attività di segnalazione cellulare. In definitiva, al momento attuale si sta
assistendo ad una rivincita delle molecole dei lipidi in generale, e degli
acidi grassi in particolare, sul piano della loro importanza metabolica. Si
riportano i risultati di una ricerca condotta sulla banca dati Web of Science
digitando le parole chiave “acidi grassi e nutrizione”.
Fig. 2 - Ferreri C. (2013) Omega 3 Fatty Acids and Bioactive Foods: From
Biotechnology to Health Promotion. In:
Watson RR and Preedy VR (eds.) Bioactive
Food as Dietary Interventions for Liver and Gastrointestinal Disease, pp. 401-419.
Ciò ha posto le basi per la nascita della
lipidomica, in particolare della lipidomica di membrana, che, affiancandosi
alla genomica e alla proteomica, fornisce una nuova visione dei grassi inseriti
nei cambiamenti di un intero organismo. E', pertanto, sempre più significativo
monitorare il patrimonio lipidico e le sue trasformazioni, confrontando le
qualità e quantità dei lipidi trovati in relazione alla condizione fisiologica
o patologica dell'individuo.
LIPIDOMICA, LA SALUTE DALLA MEDICINA MOLECOLARE
La LIPIDOMICA è uno strumento della medicina molecolare che, come ormai noto, studia la condizione
clinica di un individuo sulla base della composizione a livello molecolare di
alcuni suoi importanti distretti. La medicina molecolare è nata con la
genomica, ovvero con lo studio della composizione dei cromosomi delle specie
viventi, che ha consentito di associare la composizione del materiale genetico
del soggetto all’ereditarietà nello sviluppo di patologie o ad alterazioni del
metabolismo. Si tratta di conoscenze sviluppate negli ultimi vent’anni che
hanno rivoluzionato il protocollo clinico per l’esame di un paziente, offrendo
tramite le analisi –omiche un metodo diretto alla scoperta della causa
molecolare di base di un sintomo o uno stato di salute. Non si deve trascurare
che la regolazione lipidomica coinvolge anche la funzionalità dei geni. Difatti, la stimolazione di espressioni
geniche può partire anche da un segnale innescato da lipidi di membrana. La lipidomica ha un’interessante
applicazione per il monitoraggio dello
stato metabolico e nutrizionale. Un importante elemento da sottolineare è
che le informazioni ottenibili dall’esame lipidomico dipendono dal
compartimento di osservazione. Difatti,
se il punto di osservazione è il plasma, ottenuto separando la parte
corpuscolata (cellulare) dalla componente solubile (siero e proteine solubili),
possono essere valutati i lipidi “circolanti”, principalmente trigliceridi,
fosfolipidi legati a proteine, acidi grassi legati a colesterolo. Si tratta dei
grassi che sono metabolicamente disponibili (provenienti sia da biosintesi sia
da dieta), la maggior parte dei quali non hanno dato vita ad alcuna struttura
di funzionamento. Dal plasma si ottiene principalmente un’analisi lipidica, la
cui informazione si riferisce all’alimentazione e biosintesi a breve termine,
cioè effettuata nei giorni precedenti l’esame. I valori degli acidi grassi
presenti nel plasma oscillano in ampi intervalli, variabili da un giorno
all’altro, e non danno luogo a valori di riferimento che possano essere
raccolti in una tabella, come accade invece per i tessuti e le membrane
cellulari in generale. Se è necessaria solo un’informazione a breve termine anche il plasma può risultare
interessante.
Il punto di osservazione della
membrana raccoglie invece un’informazione più stabile e comprensiva, poiché
fornisce il risultato del metabolismo che trasforma i lipidi (sia provenienti
dalla biosintesi che dalla dieta) per dare luogo ai fosfolipidi. I fosfolipidi
sono i principali componenti della membrana cellulare e presentano una variabilità
delle famiglie di acidi grassi (saturi, insaturi, polinsaturi). L’assemblaggio
dei fosfolipidi darà luogo alla struttura e funzionalità del doppio strato
della membrana, la cui composizione in acidi grassi dipende dal tipo di tessuto
in questione. Pertanto, la combinazione di acidi grassi definisce il tipo di
tessuto in osservazione, il che significa che per far si’ che il tessuto
funzioni correttamente si deve rispettare una composizione caratteristica. Il
momento della replicazione cellulare è quindi il momento più delicato, ed
appare chiaro che il tessuto in formazione può essere creato senza “difetti”
solo se a livello molecolare le componenti di acidi grassi sono disponibili. Il
momento della replicazione cellulare rappresenta anche un’opportunità per il
tessuto stesso poiché, se si sono creati deficit “molecolari”, durante il
ricambio si può realizzare la riparazione all’errore incamerato. Se il ricambio
costituisce l’importante risorsa della cellula, è proprio nella membrana che
esso può esprimersi al meglio, sfruttandone il ruolo funzionale e metabolico.
Si tratta di un momento importante per una correzione, ed è un’occasione
fisiologica per il recupero funzionale che non si deve perdere. Ciò implica che la risposta lipidomica non
può in alcun modo essere considerata una “sentenza” irrevocabile della
condizione del soggetto.
La lipidomica di membrana fotografa
la situazione raggiunta con lo stile di vita
e il metabolismo stabilizzati, mettendo in evidenza eventuali squilibri,
ed indica anche una strategia concreta e pratica per recuperare la condizione
di equilibrio cellulare, con ricaduta positiva e profonda sulla qualità della
vita. Ovviamente a seconda dell’entità dell’errore e del tempo di permanenza di
tale errore prima di una possibile correzione, i difetti “molecolari” possono
anche risultare deleteri per la stabilità strutturale e funzionale. In tal
senso, l’analisi lipidomica può essere vista sia come un mezzo di prevenzione
molto efficace per mantenere un’ottimale funzionalità basale, sia come
essenziale supporto nelle patologie, per coadiuvare il ripristino di quella
funzionalità basale estremamente importante durante l’intervento terapeutico.
Fig. 3 - La
membrana cellulare rappresenta una delle strutture fondamentali e degli elementi
funzionali degli organismi viventi. Questa miscela complessa di lipidi allo
stato fluido, dove sono immerse proteine ed altre molecole come il colesterolo,
forma il confine della cellula con il mondo esterno attraverso cui avvengono le
comunicazioni e scambi necessari per la vita.
La scelta della membrana
cellulare da utilizzare per l’analisi lipidomica deve rispondere a quattro
requisiti fondamentali: 1) la composizione deve essere rappresentativa dello
stato generale dell’organismo riferibile ad una condizione metabolica costante
nel tempo, ovvero non influenzabile da cambiamenti di alimentazione a breve
termine, 2) il prelievo di queste membrane non deve richiedere procedure troppo
invasive, 3) la tipologia degli acidi grassi presenti nelle membrane deve
coprire tutte le classi principali (satuti, monoinsaturi, polinsaturi omega-6 e
omega-3) deve fornire il maggior numero di informazioni possibili, sia sullo
stile di vita ed alimentare, sia sulle sintesi di mediatori importanti nel
metabolismo cellulare, 4) il ripristino della situazione di equilibrio deve
essere esaminabile in tempi standard ma non eccessivamente lunghi.
Per tutte queste considerazioni
la membrana eritrocitaria è sicuramente la più idonea ad applicare i principi
della lipidomica. Da un punto di vista operativo, il prelievo di sangue è
utilizzato di routine in diagnostica. Sul prelievo viene eseguito un protocollo
analitico specifico per l'isolamento della cosiddetta “frazione significativa”
dell'eritrocita, ovvero per selezionare una precisa popolazione di globuli
rossi rappresentativa di una vita di almeno 3 mesi. Tale protocollo viene
eseguito esclusivamente presso il Laboratorio di Lipidomica, Area della Ricerca
CNR Bologna (Aut.Sanit.) attraverso un sistema di automatizzazione ad alta
tecnologia (Liquid Handling Technology).
Fig. 4 - La membrana eritrocitaria è la più idonea per
l’applicazione dei principi della Lipidomica.
La composizione della membrana
isolata da questa popolazione è il risultato combinato di: capacità biosintetiche
con presenza di cofattori per l'attività enzimatica ed epatica (sintesi di
acidi grassi e fosfolipidi), regime dietetico stabilizzato, insieme a fattori
genetici, stato radicalico e scambi cellulari.
Numerosi lavori presenti nella
letteratura scientifica correlano la composizione della membrana eritrocitaria
a quella di tessuti, quali i tessuti cerebrale, muscolare, adiposo.
L'eritrocita maturo non può più biosintetizzare lipidi, perciò la sua membrana
dipende anche dagli scambi che effettua in vivo con le lipoproteine circolanti
e con i tessuti. Inoltre, la membrana dell'eritrocita è composta da tutte le
famiglie di acidi grassi, compresi quelli che sono importanti mediatori e
segnalatori (processi infiammatori, immunitari etc..). E' importante
sottolineare che la membrana eritrocitaria è il naturale deposito di acido
arachidonico, che da queste membrane si libera per svolgere il suo importante
ruolo di mediatore. Per la funzionalità della membrana eritrocitaria è molto
importante il bilanciamento di componenti sature e insature, di omega-6 e
omega-3, in modo da rendere ottimali le attività di scambio e
ossigenazione. L'organismo cerca,
quindi, di effettuare le scelte migliori degli acidi grassi per il globulo
rosso (al momento della formazione della membrana), ovviamente secondo la
disponibilità del soggetto. Si deve sottolineare che la lipidomica di altre
cellule del sangue non sarebbe così informativa sul metabolismo generale:
difatti la lipidomica di piastrine e linfociti è calibrata per funzionamenti
specializzati, e non è rappresentativa della funzione di “reporter” da tutti i
distretti dell'organismo come lo è la lipidomica dell'eritrocita. La lipidomica
di membrana consente di ottenere una concreta visione d'insieme del metabolismo
e della nutrizione, in modo personalizzato, ovvero per ciascun individuo.
L'analisi è un efficace strumento di personalizzazione perchè, sulla base delle
notizie raccolte sul paziente (tramite anamnesi e questionario alimentare) si
esamina e si razionalizza la composizione di membrana come risultante del
metabolismo e della storia del soggetto.
PRINCIPALI
ACIDI GRASSI NELLA MEMBRANA ERITROCITARIA
|
|
ACIDO PALMITICO (16:0)
|
ACIDO PALMITOLEICO (9c16:1)
|
ACIDO STEARICO (18:0)
|
ACIDO OLEICO (9c 18:1)
|
ACIDO VACCENICO (11c 18:1)
|
ACIDO LINOLEICO (18:2)
|
DGLA (20:3)
|
ACIDO ARACHIDONICO (20:4)
|
EPA (20:5)
|
DHA (22:6)
|
Tab. 1 - I principali acidi grassi presenti nella membrana del
globulo rosso.
Fig. 5 - Intervalli di normalità dei
principali acidi grassi della membrana eritrocitaria nella popolazione italiana
(Trattato Italiano di Medicina di Laboratorio, Volume IX Diagnostica Molecolare
nella Medicina di Laboratorio, Piccin, Capitolo 19).
La lipidomica eseguita sulla
membrana eritrocitaria permette di esaminare e seguire il destino degli acidi
grassi saturi ed insaturi del soggetto, mettendo in luce sia il bilanciamento
dei diversi tipi di acidi grassi sia la presenza di fenomeni di degradazione e
trasformazione ad opera dei radicali liberi.
Nel 2009 la lipidomica è stata
ufficialmente integrata in Italia nelle analisi mediche comparendo nel Volume
IX del Trattato di Medicina di Laboratorio fondato da Angelo Burlina (ed
Piccin) dedicato alla Diagnostica Molecolare.
Fig. 6 - La Lipidomica è stata ufficialmente integrata nelle analisi mediche
comparendo nel Trattato di Medicina di Laboratorio fondato da Angelo Burlina
(Ed. Piccin) dedicato alla Diagnostica
Dal
lavoro di raccolta dati di lipidomica e di messa a punto di strategie testate
su un vasto e variegato panorama di situazioni metaboliche, è scaturita la disciplina
della NUTRILIPIDOMICA
che sta acquistando via via il suo pieno significato applicativo,
come disciplina di raccordo tra il risultato diagnostico della lipidomica di
membrana e la strategia su base nutrizionale per riequilibrare la composizione
naturale. Tra tutte le discipline “omiche”, è proprio la lipidomica che
maggiormente può proporsi per il connubio efficace con nutrizione e nutraceutica.
Difatti, sulla base di decenni di studi e della conoscenza affermata sui lipidi
ed alimentazione, la nutrilipidomica utilizza un approccio naturale, mediante
il rinnovo della membrana cellulare, per portare alla formazione di tessuti
funzionali mediante un corretto apporto lipidico, ottenibile da un
bilanciamento ottimale tra biosintesi e dieta.
NUTRILIPIDOMICA, LA
LIPIDOMICA NELLA NUTRIZIONE
Con il termine di nutrilipidomica si intende la
combinazione della lipidomica – avente per oggetto la dinamica dei grassi
dall’assunzione mediante la dieta alla biosintesi - e metabolismo in differenti
condizioni, con la nutrizione o con elementi provenienti dalla nutrizione. La
nutrilipidomica permette di eseguire lo studio della condizione di ogni singolo
individuo, ed anche di raggruppare in gruppi omogenei gli individui aventi una
condizione comune. Come indicato in precedenza, il sito di osservazione e
valutazione è rappresentato dalla membrana eritrocitaria. Essa contiene
fosfolipidi con la parte lipidica costituita da acidi grassi delle varie
famiglie (saturi, monoinsaturi e polinsaturi), che costituiscono un indicatore
integrato degli effetti metabolici (o biosintetici) e nutrizionali
nell’individuo.
Fig. 7 - Ruolo chiave della membrana cellulare nell’integrazione
di apporti esterni (alimentazione) e vie biosintetiche nella partecipazione al
mantenimento della condizione di benessere oppure di riequilibrio di stati
alterati. Tratto da Chatgilialoglu C, Ferreri C . Nutrilipidomics: A Tool for
Personalized Health. J Glycomics Lipidomics, 2012 2:e109.
doi:10.4172/2153-0637.1000e109
La valutazione della membrana
cellulare che si ottiene con l’esame lipidomico, permette di individuare la
strategia più opportuna personalizzata in base alla condizione del soggetto, e
di intraprendere efficaci azioni di tipo preventivo e su basi nutrizionali
volte al riequilibrio, alla prevenzione e al mantenimento dello stato di salute
dell’individuo.
Il profilo lipidomico
rappresenta uno strumento innovativo a disposizione anche del Biologo
Nutrizionista, che si integra con quanto viene già effettuato per stabilire lo
stato nutrizionale del singolo individuo e per determinarne l’adeguatezza della
dieta. In questi ultimi anni lo sviluppo
e l’automazione nel campo biomolecolare hanno reso possibile l’ingresso delle
nuove -omiche anche per impieghi ‘ambulatoriali’. La messa a punto di
interventi di prevenzione e/o terapeutici personalizzati, mettono gli aspetti
nutraceutici e dietetici in una condizione di complementarietà, sia con la
strategia di prevenzione mediante la scelta alimentare, sia con la strategia
farmacologica affiancando lo specialista medico. In quest’ultimo caso, diversi
specialisti medici già utilizzano il test di membrana secondo il protocollo FAT
Profile per l’assegnazione di una nutraceutica in combinazione con la scelta
farmacologica, al fine di consentire una maggiore risposta clinica negli stati
patologici. Alcuni ambiti della medicina dove questo già avviene sono, tra gli
altri, quello dermatologico, neurologico, oculistico e cardiologico, dove si è
visto che il riequilibrio della membrana cellulare si accompagna a migliori
risultati terapeutici. E’ sicuramente importante
che vi sia un lavoro in team nel quale il Biologo nutrizionista si occuperà
della determinazione di una dieta Lipidomica appropriata.
L’esame lipidomico rappresenta
inoltre un indicatore metabolico-nutrizionale, poiché l’incorporazione in
membrana di alcuni componenti lipidici può dipendere dall’efficienza dell’
assorbimento e distribuzione, nonché dal buon funzionamento di sistemi
enzimatici, tutti aspetti che rappresentano un tassello importante per la
biodisponibilità dei nutrienti (2).
LINEE GUIDA PER LA POPOLAZIONE E NUTRIZIONE PERSONALIZZATA
Le linee guida nazionali per la
ricerca e la pianificazione nutrizionale dei soggetti sani, sono rappresentate
dai LARN, acronimo di “Livelli di Assunzione di Riferimento di Nutrienti ed
energia per la popolazione italiana”. Al momento sono state pubblicate nuove
tabelle con la revisione 2012 che rappresentano un fondamentale riferimento per
il professionista che si occupa di alimentazione umana a diversi livelli.
|
|
SDT
|
AI
|
RI
|
ADULTI
E ANZIANI
|
Lipidi totali
|
|
|
20-35% En
|
SFA
|
<10% En
|
|
|
|
PUFA totali
|
|
LC 250 mg
|
5-10 % En
|
|
PUFA n-6
|
|
|
4-8 % En
|
|
PUFA n-3
|
|
|
0,5-2,0 % En
|
|
trans
|
Il meno possibile
|
|
|
Tab. 2 –
Apporti giornalieri dei lipidi tratto da
LARN 2012 (SDT: obiettivi nutrizionali per la prevenzione; AI: livello di
assunzione adeguata; RI: intervallo di riferimento per l’assunzione di
macronutrienti; LC: acidi grassi a lunga catena).
Questa importante riedizione
delle linee guida fornisce indicazioni per pianificare la nutrizione sia a
livello individuale che di comunità ma, poiché indicano degli intervalli di
riferimento, devono poi essere utilizzati dal professionista sanitario (o che
opera in ambito sanitario) e tradotti in un valore che si adatti alle necessità
individuali, con particolare attenzione ai soggetti con patologie, come
evidenziato dall’European Food Safety Authority (EFSA) (4).
Per quanto riguarda le categorie
di acidi grassi, per i monoinsaturi (MUFA), non viene definita dai LARN la
quantità da assumere con la dieta ma questa viene calcolata per differenza,
nessuna indicazione precisa per LA, ARA, ALA ma solo come gruppo PUFA w6, PUFA
w3.
In questa situazione, le
informazioni che si possono ricavare con la valutazione della membrana
cellulare in chiave lipidomica si potranno tradurre in obiettivi nutrizionali
personalizzati da raggiungere con una dieta che determini qualitativamente e
quantitativamente le varie classi di grassi. Gli stessi strumenti lipidomici ci
permetteranno di monitorare a livello molecolare l’effettiva efficacia
dell’intervento adottato.
Con questa metodologia di lavoro
si possono ricavare informazioni utili al nutrizionista quando imposta un piano
alimentare ed avere strumenti innovativi per rispondere concretamente a quesiti
che riguardino in particolare i lipidi, quali:
- come posso sapere se, per l’individuo che sto trattando, i profili nutrizionali scelti siano proprio quelli più adatti a lui?
- alla luce della mancanza di indicazioni precise fornite dai LARN, può l’apporto dei MUFA, ed in particolare dell’olio d’oliva, essere stabilito secondo dei target lipidomici - anziché farne un mero conteggio calorico?
- esiste un modo che orienti la scelta dell’integratore di acidi grassi consono alle necessità del soggetto in esame senza avere un idea della condizione di partenza delle sue membrane e quindi delle sue reali necessità?
- può essere sufficiente un’anamnesi alimentare per dedurre empiricamente possibili carenze ad esempio di Omega 3 a catena lunga?
- in soggetti vegetariani o vegani è sufficiente fornire fonti alimentari di Alfa Linolenico per ottenere quantità adeguate di omega 3 a catena lunga? Come posso verificare l’efficienza di queste vie biosintetiche e consigliare al meglio?
- quali e quanti Omega 3, 6 o 9 scegliere per riequilibrare la membrana cellulare? Come sapere se, in quella persona, non si stia eccedendo aumentando così anche la probabilità di perossidazione lipidica?
- come posso valutare l’effettiva presenza di grassi trans nell’organismo visti i loro effetti dannosi riconosciuti?
CONCLUSIONI
La lipidomica rappresenta un
approccio innovativo e un potente mezzo di medicina molecolare e di prevenzione
nutrizionale avendo a disposizione un test validato dalla comunità scientifica
e utilizzato sia per scopi di ricerca che nella pratica ambulatoriale.
L’analisi lipidomica su membrana
fornisce informazioni su scala temporale maggiore rispetto a quanto si ottiene
con esami lipidici su plasma. Provvede anche informazioni su meccanismi
biomolecolari individuali che possono condizionare la biodisponibilità di
apporti alimentari formalmente corretti.
Basandosi su un referto che
identifica i valori degli acidi grassi presenti nella membrana eritrocitaria
del soggetto in esame, è possibile ottenere importanti informazioni per il
clinico e per il nutrizionista al fine di ottenere la salute e il benessere del
paziente.
Quest’approccio si spinge sulla
personalizzazione e quindi su un dettaglio maggiore nella valutazione dei
fabbisogni nutrizionali rispetto ai valori guida che sono ricavati da valori
medi della popolazione. L’obiettivo di raggiungere l’equilibrio della membrana
del paziente, guiderà il professionista nella scelta del profilo nutrizionale
più idoneo, con particolare attenzione alle componenti lipidiche, in percorso
che produrrà dei precisi consigli nutraceutici e con la formulazione della
dieta lipidomica (LipidomicDiet).
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