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Dal football ai moscerini: lezioni sul trauma cranico

Foto: Grace Boekhoff-Falk e David WassarmanFoto: Grace Boekhoff-Falk e David WassarmanDi fronte alle notizie di suicidi e danni al cervello di ex giocatori di football professionisti, il genetista Barry Ganetzky lamentava la mancanza di sistemi modello per lo studio delle conseguenze insidiose, e spesso differite, legate alle lesioni alla testa.


Finché si è ricordato di un'osservazione ignorata quasi 40 anni fa: un colpo forte alla fiala che conteneva moscerini della frutta, li ha lasciati temporaneamente storditi, e hanno recuperato solo dopo del tempo. In quel momento l'aveva considerata solo una stranezza.


Ora che é professore di genetica all'Università del Wisconsin di Madison, Ganetzky sta trasformando la sua scoperta accidentale in un modo per studiare le lesioni cerebrali traumatiche (TBI).


Lui e David Wassarman, professore di biologia cellulare e rigenerativa all'UW, hanno riferito il 14 ottobre, in Proceedings of the National Academy of Sciences, i primi scorci delle basi genetiche della suscettibilità alle lesioni cerebrali e i collegamenti alla TBI umana.


Le TBI accadono quando una forza urta la testa, provocando un colpo l'interno del cranio. Più di 1,7 milioni di TBI avvengono ogni anno negli Stati Uniti, circa un terzo a causa di cadute e il resto causato principalmente da incidenti stradali, incidenti sul lavoro, e lesioni sportive. Le TBI sono anche un problema crescente per i veterani di guerra esposti ad esplosioni.


In molti casi, gli effetti immediati del trauma cranico sono temporanei e possono sembrare miti (confusione, vertigini o perdita di coordimento, mal di testa, problemi di visione). Ma nel corso del tempo, gli impatti possono causare neurodegenerazione e sintomi correlati, compresi perdita di memoria, problemi cognitivi, depressione grave, o demenza simile all'Alzheimer. Le TBI nell'insieme costano decine di miliardi di dollari ogni anno in spese mediche e in costi indiretti, come perdita di produttività.


Anche se le TBI possono essere classificate da "lievi" a "gravi" sulla base dei sintomi, non si capiscono ancora bene le cause cliniche di base. "A differenza di molti importanti problemi di salute (pressione alta, cancro, diabete, malattie cardiache), della cui biologia sappiamo qualcosa, del trauma cranico non sappiamo quasi nulla", dice Ganetzky. "Perché un colpo forte alla testa causa l'epilessia? O come può portare in seguito alla neurodegenerazione? Nessuno ha risposte a queste domande, in parte perché è davvero difficile da studiare negli esseri umani".


Ecco dove entrano i moscerini della frutta. Il cervello del moscerino è racchiuso in una cuticola dura simile al nostro cranio, ed i meccanismi di base che influenzano la funzione del sistema nervoso dei moscerini e dei mammiferi sono gli stessi. Nel nuovo studio, Ganetzky e Wassarman descrivono un modo riproducibile per infliggere traumi che sembrano imitare le lesioni e i sintomi da trauma cranico umani. "Ora abbiamo un sistema per osservare le variabili che portano alla TBI e determinare il contributo relativo di ciascuna di esse agli esiti patologici. Questa è la vera potenza dei moscerini", dice Wassarman.


Come con gli esseri umani, alcuni moscerini muoiono per l'impatto immediato. In seguito, però, quelli trattati mostrano molte delle stesse conseguenze fisiche degli esseri umani che subiscono traumi o altri TBI, ivi compresa l'incapacità temporanea, la perdita di coordinazione e di attivazione della risposta immunitaria innata nel breve periodo, seguite da neurodegenerazione e, talvolta, da morte precoce.


I ricercatori, guidati da Rebeccah Katzenberger, specialista senior di ricerca al Dipartimento di Biologia Cellulare e Regnerativa dell'UW, hanno anche scoperto che l'età sembra avere un ruolo importante. I moscerini anziani sono più sensibili di quelli giovani agli effetti dell'impatto e, secondo Wassarman, molti degli esiti del trauma cranico sono notevolmente simili ai normali processi di invecchiamento.


Con questo modello, è opinione dei ricercatori, possono ora attingere alla vasta collezione di strumenti e tecniche genetiche disponibili per i moscerini della frutta, per sondare le cause sottostanti del danno. "Quello che vogliamo veramente è capire le conseguenze immediate ed a lungo termine, in termini molecolari e cellulari", dice Ganetzky. "Da questa comprensione possiamo procedere in modo più diretto alla diagnostica e alle terapie".


Una delle cose principali che hanno già individuato è il ruolo cruciale della genetica nel determinare l'esito di un infortunio, rivelato dall'alto grado di variabilità osservato tra i diversi ceppi di moscerini. Questa scoperta potrebbe spiegare perché tutti i potenziali farmaci per TBI fino ad oggi non hanno avuto successo negli studi clinici, nonostante si dimostrassero promettenti in singoli modelli di roditori.


Come spiega Wassarman, "Il cuore del problema del risolvere i traumi cerebrali è che siamo tutti diversi". Essi stanno continuando a sviluppare il modello attraverso l'analisi genetica su larga scala e hanno già scoperto che diversi set di geni si correlano alla suscettibilità dei moscerini di età diverse. Con il loro sistema, essi possono anche esaminare gli effetti di lesioni ripetute.


Ganetzky vede un enorme potenziale nello sviluppo di applicazioni del metodo basato sui moscerini e la Wisconsin Alumni Research Foundation (WARF) ha presentato istanza di protezione del brevetto sulla scoperta. "Questa scoperta che possiamo studiare i traumi cerebrali - un disturbo che sta preoccupando sempre più gli atleti, i militari, e i genitori - nel modello elegantemente semplice dei moscerini della frutta, è di sicuro interesse per i ricercatori e le aziende che cercano di affrontare questo problema", dice Jennifer Gottwald, responsabile delle licenze della WARF. "L'uso di questo modello è in grado di accelerare il lavoro della comunità della ricerca medica, per trovare trattamenti e terapie per aiutare i pazienti".


La ricerca è finanziata dal National Institutes of Health. Co-autori del documento comprendono Katzenberger, Carin Loewen, Douglas Wassarman, e Andrew Petersen.

 

In dettaglio: Come hanno fatto? Le lesioni alla testa dei moscerini

Nel cercare un modo per applicare forze consistenti ai moscerini della frutta, e studiare l'impatto delle lesioni cerebrali traumatiche, il professore David Wassarman della UW-Madison ha visitato il negozio di ferramenta vicino.


Da questa incursione è nato il dispositivo HIT (High-Impact Trauma), che consiste di una molla rigida montata su un pezzo di compensato, una stuoia di poliuretano, e un po' di velcro. Il velcro trattiene un flacone standard di laboratorio - contenente moscerini - alla fine della molla. Quando la molla è piegata e poi liberata, il flacone si schianta sul tappetino e provoca un colpo meccanico ai moscerini quando rimbalzano contro la parete della fiala. (Nota: Indossare la cintura di sicurezza.)


La rapida accelerazione e decelerazione sperimentate dai moscerini - e dal loro cervello all'interno della rigida capsula in testa - imita ciò che potrebbe sperimentare una persona in una collisione o in un altro impatto. È importante sottolineare che il dispositivo fatto in casa può trasmettere una forza affidabile e riproducibile a molti moscerini nella fiala, consentendo ai ricercatori di sfruttare la potenza della genetica e dell'analisi statistica per esplorare la biologia del danno cerebrale.

 

 

 

 

 


Fonte: University of Wisconsin-Madison.

Riferimenti: Rebeccah J. Katzenberger, Carin A. Loewen, Douglas R. Wassarman, Andrew J. Petersen, Barry Ganetzky, and David A. Wassarman. A Drosophila model of closed head traumatic brain injury. PNAS, 2013 DOI: 10.1073/pnas.1316895110

Pubblicato da Jill Sakai in news.wisc.edu (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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