Pufferfish Venom Can Kill, Or It Can Relieve Pain
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Pufferfish Venom Can Kill, Or It Can Relieve Pain
Tetrodotoxin (TTX) is best known as the neurotoxin of the puffer fish, though it also appears in a range of other marine species. You might remember it from an episode of The Simpsons involving a poorly prepared dish at a sushi restaurant. Indeed, it’s a potent thing, as ingesting even tiny amounts can lead to death in short order.
Given its fatal reputation, it might be the last thing you’d expect to be used in a therapeutic context. And yet, tetrodotoxin is proving potentially valuable as a treatment option for dealing with cancer-related pain. It’s a dangerous thing to play with, but it could yet hold promise where other pain relievers simply can’t deliver.
Poison, or…?
A license to prepare fugu (pufferfish) issued by Tokyo authorities. Credit: Nesnad, CC BY SA 3.0
Humans have been aware of the toxicity of the puffer fish and its eggs for thousands of years. It was much later that tetrodotoxin itself was chemically isolated, thanks to the work of Dr. Yoshizumi Tahara in 1909.Its method of action was proven in 1964, with tetrodotoxin found to bind to and block voltage-gated sodium channels in nerve cell membranes, essentially stopping the nerves from conducting signals as normal. It thus has the effect of inducing paralysis, up to the point where an afflicted individual suffers respiratory failure, and subsequently, death.
Tetrodotoxin is most closely associated with pufferfish, though it’s also present in other deadly species, like the blue-ringed octopus. Thankfully, nobody is crazy enough to try to eat those. Credit: NPS, public domain
It doesn’t take a large dose of tetrodotoxin to kill, either—the median lethal dose in mice is a mere 334 μg per kilogram when ingested. The lethality of tetrodotoxin was historically a prime driver behind Japanese efforts to specially license chefs who wished to prepare and serve pufferfish. Consuming pufferfish that has been inadequately prepared can lead to symptoms in 30 minutes or less, with death following in mere hours as the toxin makes it impossible for the sufferer to breathe. Notably, though, with the correct life support measures, particularly for the airway, or with a sub-fatal dose, it’s possible for a patient to make a full recovery in mere days, without any lingering effects.The effects that tetrodotoxin has on the nervous system are precisely what may lend it therapeutic benefit, however. By blocking sodium channels in sensory neurons that deal with pain signals, the toxin could act as a potent method of pain relief. Researchers have recently explored whether it could have particular application for dealing with neuropathic pain caused by cancer or chemotherapy treatments. This pain isn’t always easy to manage with traditional pain relief methods, and can even linger after cancer recovery and when chemotherapy has ceased.
Tetrodotoxin is able to block voltage-gated sodium channels, which is the basis of both its pain-relieving abilities and its capacity to paralyze and kill. Credit: research paper
The challenge of using a toxin for pain relief is obvious—there’s always a risk that the negative effects of the toxin will outweigh the supposed therapeutic benefit. In the case of tetrodotoxin, it all comes down to dosage. The levels given to patients in research studies have been on the order of 30 micrograms, well under the multi-milligram dose that would typically cause severe symptoms or death in an adult human. The hope would be to find a level at which tetrodotoxin reduces pain with a minimum of adverse effects, particularly where symptoms like paralysis and respiratory failure are on the table.A review of various studies worldwide was published in 2023, and highlights that tetrodotoxin pain relief does come with some typical adverse effects, even at tiny clinical doses. The most typical reported symptoms involved nausea, oral numbness, dizziness, and tingling sensations. In many cases, these effects were mild and well-tolerated. A small number of patients in research trials exhibited more serious symptoms, however, such as loss of muscle control, pain, or hypertension. At the same time, the treatment did show positive results — with many patients reporting pain relief for days or even weeks after just a few days of tetrodotoxin injections.
While tetrodotoxin has been studied as a pain reliever for several decades now, it has yet to become a mainstream treatment. There have been no large-scale studies that involved treating more than 200 patients, and no research group or pharmaceutical company has pushed hard to bring a tetrodotoxin-based product to market. Research continues, with a 2025 paper even exploring the use of ultra-low nanogram-scale doses in a topical setting. For now, though, commercial application remains a far-off fantasy. Today, the toxin remains the preserve of pufferfish and a range of other deadly species. Don’t expect to see it in a hospital ward any time soon, despite the promise it shows thus far.
Featured image: “Puffer Fish DSC01257.JPG” by Brocken Inaglory. Actually, not one of the poisonous ones, but it looked cool.
Gli ultimi otto messaggi ricevuti dalla Federazione
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🇸🇪 𝗦𝗩𝗘𝗭𝗜𝗔 | Un 𝗹𝗮𝗴𝗼 🌊 che oggi non esiste più. Un 𝗰𝗮𝗻𝗲 🐕 deposto con cura, accompagnato da un 𝗽𝘂𝗴𝗻𝗮𝗹𝗲 in osso. 🦴 Il suo 𝘀𝗰𝗵𝗲𝗹𝗲𝘁𝗿𝗼, riemerso da una torbiera, rivela nuovi dettagli sui 𝗿𝗶𝘁𝗶 celebrati nel nord Europa 5.000 anni fa
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foto: © @arkeologerna➡️ Leggi tutto l'articolo su Storie & Archeostorie: https://wp.me/p7tSpZ-byG
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IL LAGO MAGGIORE
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@ajlewis2 oh no. I hope this will be sorted out. It looks like a neverending story...
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@quantumquia@poliversity.it interessante! Anche se credo di non aver afferrato i dettagli. "La realtà ha sempre ragione", come dico ogni tanto a chi vuole avere ragione e parla di "verità"...
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It looks like the permit is lost. The permitting place checked the database and our address does not show up. I was asked for the permit number, called the company that is to do the work. They applied for the permit. They did not have the number. Sweet mysteries of life. Someone is looking into it.
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Estratto dal programma elettorale della Lega Salvini Premier, 2022: abolizione della c.d. Tobin Tax
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Post relativamente tecnico, tradotto dalla version in inglese che ho pubblicato sul mio blog.
Che cosa significa davvero “macroscopico” nella teoria quantistica?Una delle difficoltà persistenti nel discutere l’emergenza dell’irreversibilità macroscopica a partire dalla dinamica quantistica microscopica è che spesso parliamo di “stati macroscopici”, “operazioni macroscopiche” o “correlazioni macroscopiche” senza una definizione pienamente soddisfacente di che cosa significhino davvero questi termini.
Questo lavoro nasce da un problema molto concreto legato alla seconda legge della termodinamica. In un lavoro precedente abbiamo mostrato che, per un sistema quantistico isolato, l’entropia macroscopica non aumenta se e solo se il sistema rimane in uno stato macroscopico durante tutta l’evoluzione. Il problema era che, a quel punto, “stato macroscopico” era definito solo in modo implicito. Questo rendeva difficile spingere oltre la discussione, perché non era chiaro quali fossero le proprietà strutturali, algebriche o operative di tali stati.
L’obiettivo di questo lavoro non è quindi introdurre un’ennesima entropia, ma capire la macroscopicità in sé in modo preciso. Volevamo una definizione che fosse al tempo stesso algebrica, costruttiva e operativa, e che potesse fungere da base solida per discutere l’emergenza.
Macroscopicità come confine inferenzialeUno dei messaggi principali dell’articolo è che la distinzione tra “macro” e “micro” non è assoluta. Dipende dall’osservatore. Questa affermazione va presa in un senso molto letterale e sobrio.
Per osservatore non intendiamo nulla che abbia a che fare con il problema della misura o con la coscienza. Intendiamo semplicemente una specificazione di quali grandezze fisiche possono essere misurate simultaneamente. Queste sono ciò che già von Neumann chiamava osservabili macroscopiche. Prima di discutere di emergenza, è necessario chiarire quali variabili si stanno effettivamente considerando.
Una volta fatta questa scelta, la distinzione tra gradi di libertà macroscopici e microscopici coincide esattamente con un confine tra ciò che può essere inferito e ciò che non può essere inferito. Date le variabili misurate e una certa informazione a priori, alcuni dettagli microscopici possono essere retrodedotti dai dati macroscopici, mentre altri sono irrimediabilmente persi. Ciò che conta come macroscopico è determinato da questo confine inferenziale.
Non è che le variabili macroscopiche emergano per prime e quelle microscopiche siano nascoste sotto. Al contrario, è la scelta delle variabili macroscopiche che decide che cosa è macro e che cosa è micro.
È interessante notare che questa prospettiva inferenziale e retrodittiva non è stata imposta dall’esterno. È emersa naturalmente dalla matematica. A posteriori, questo è stato particolarmente significativo, soprattutto alla luce di lavori recenti sul ruolo di predizione e retrodizione nelle relazioni di fluttuazione.
Dall’entropia osservazionale al deficit osservazionaleL’entropia osservazionale cattura già una parte importante di questa storia. Spiega come l’entropia possa aumentare sotto dinamiche unitarie quando ci si limita a osservazioni macroscopiche. Tuttavia, nella sua formulazione standard, essa si basa su una distribuzione a priori uniforme.
Questa è una limitazione seria. In contesti termodinamici, una distribuzione termica è spesso la scelta naturale. In sistemi di dimensione infinita, lo stato uniforme può addirittura non esistere. Per questo motivo abbiamo introdotto la nozione di deficit osservazionale, definita rispetto a un prior arbitrario.
Concettualmente, il deficit osservazionale misura quanta informazione su uno stato viene persa quando si passa da una descrizione microscopica ai dati macroscopici, tenendo conto della conoscenza a priori dell’osservatore.
Gli stati macroscopici sono allora esattamente quelli per cui questo deficit si annulla. Sono gli stati che possono essere perfettamente retrodedotti dai soli dati macroscopici.
Sistemi di riferimento inferenziali e MPPPUn risultato tecnico centrale dell’articolo è l’esistenza e unicità di quello che chiamiamo il massimo post-processing proiettivo (MPPP) di una misura, rispetto a un dato prior. Questo oggetto ha un ruolo concettuale fondamentale.
Il risultato mostra che ogni osservatore, definito da una misura e da un prior, può essere rappresentato da una misura proiettiva appropriata. Questa misura proiettiva cattura esattamente l’informazione che è inferenzialmente accessibile. Per questo motivo la interpretiamo come un sistema di riferimento inferenziale.
Così come un sistema di riferimento di simmetria determina quali sovrapposizioni sono fisicamente significative, un sistema di riferimento inferenziale determina quali distinzioni tra stati sono significative a livello macroscopico. È questa struttura che decide che cosa conta come macroscopico e che cosa conta come microscopico per un dato osservatore.
Una teoria delle risorse della microscopicitàUna volta identificati chiaramente gli stati macroscopici, è naturale chiedersi che cosa renda uno stato più microscopico di un altro. Rispondere a questa domanda richiede più di una semplice classificazione. Richiede un quadro operativo.
Per questo abbiamo sviluppato una teoria delle risorse della microscopicità. In questa teoria, gli stati macroscopici sono gli stati liberi e la microscopicità è la risorsa. Il quadro costringe a pensare in termini di operazioni che non generano microscopicità e a chiarire che cosa sia realmente in gioco quando i dettagli microscopici diventano rilevanti.
Un risultato importante è che diverse teorie delle risorse ben note emergono come casi particolari. Coerenza, atermicità e asimmetria si inseriscono naturalmente in questo quadro una volta fatte opportune scelte di misure e prior. Vedere queste teorie come istanze della microscopicità fornisce un’interpretazione operativa unificata e chiarisce, per esempio, il significato fisico della distinzione tra coerenza “speakable” e “unspeakable”.
Correlazioni dipendenti dall’osservatoreLa stessa prospettiva può essere applicata alle correlazioni. Entanglement, discord e nozioni affini sono spesso trattate come proprietà assolute degli stati. I nostri risultati supportano una visione diversa. La visibilità e l’utilità delle correlazioni dipendono dal sistema di riferimento inferenziale dell’osservatore.
Questo non è particolarmente sorprendente, ma è importante. Molta della discussione sul ruolo dell’osservatore nella teoria quantistica riguarda le relazioni tra osservatori diversi. Prima di affrontare quel problema, è necessario capire come appaiono le correlazioni dal punto di vista di un singolo osservatore con accesso limitato.
Il nostro quadro fornisce un punto di partenza per questa analisi e potrebbe, in prospettiva, portare a qualcosa come una teoria della relatività dei sistemi di riferimento inferenziali.
Che cosa rende possibile questo lavoroA un livello generale, questo lavoro fornisce una soluzione rigorosa a un problema matematico di base: che cosa significa che uno stato, un’operazione o una correlazione siano macroscopici?
Senza una risposta precisa a questa domanda, le discussioni sull’emergenza del comportamento macroscopico rischiano di rimanere vaghe. Con questa risposta, possiamo finalmente dire di che cosa stiamo parlando. Questo non risolve da solo il problema dell’emergenza, ma chiarisce il linguaggio e la struttura necessari per affrontarlo in modo significativo.
L’articolo si intitola Macroscopicity and observational deficit in states, operations, and correlations ed è apparso su Reports on Progress in Physics un mese fa. L'articolo è disponibile gratis su arXiv.
@fisica
@scienze
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confesso che l'ho apprezzato per un lungo periodo, ma negli ultimi anni i suoi silenzi sono stati inascoltabili. Sarà l'età, bo.
