Immagine: Siena Fried

I ricercatori della Tufts University hanno scoperto una funzione finora sconosciuta di un tipo di cellula che comprende quasi la metà di tutte le cellule del cervello.

Gli scienziati affermano che questa scoperta, fatta nei topi, di una nuova funzione delle cellule chiamate astrociti, apre una direzione completamente nuova per la ricerca sulle neuroscienze, che un giorno potrebbe portare a trattamenti per molti disturbi che vanno dall'epilessia all'Alzheimer, alle lesioni cerebrali traumatiche.

Si tratta del modo in cui gli astrociti interagiscono con i neuroni, che sono cellule fondamentali del cervello e del sistema nervoso che riceve segnali dal mondo esterno. Attraverso un insieme complesso di segnalazione elettrica e chimica, i neuroni trasmettono informazioni tra diverse aree del cervello e tra il cervello e il resto del sistema nervoso.

Fino ad ora, gli scienziati credevano che gli astrociti fossero importanti, ma non gli attori principali in questa attività. Gli astrociti guidano la crescita degli assoni, la lunga e sottile proiezione dei neuroni che porta gli impulsi elettrici. Controllano anche i neurotrasmettitori, i prodotti chimici che consentono il trasferimento di segnali elettrici in tutto il cervello e nel sistema nervoso. Inoltre, gli astrociti costruiscono la barriera emato-encefalica e reagiscono alle lesioni.

Ma non sembravano essere elettricamente attivi come gli  importantissimi neuroni, almeno fino ad ora.

"L'attività elettrica degli astrociti cambia il funzionamento dei neuroni", afferma Chris Dulla, professore associato di neuroscienze e autore senior dello studio pubblicato su Nature Neuroscience. “Abbiamo scoperto un nuovo modo in cui si parlano due delle cellule più importanti del cervello. Poiché c'è ancora molto di sconosciuto sul funzionamento del cervello, scoprire nuovi processi fondamentali che controllano la funzione cerebrale è la chiave per sviluppare nuovi trattamenti per le malattie neurologiche".

Per fare la scoperta, il team ha usato una nuovissima tecnologia per definire una tecnica che consentisse di vedere e studiare le proprietà elettriche delle interazioni tra le cellule cerebrali, che non potevano essere osservate in precedenza.

"Con questi nuovi strumenti, abbiamo essenzialmente scoperto aspetti completamente nuovi della biologia", afferma il primo autore Moritz Armbruster, assistente professore di ricerca nelle neuroscienze. "Man mano che arrivano strumenti migliori (ad esempio, vengono sviluppati costantemente nuovi sensori fluorescenti), comprendiamo meglio le cose a cui non avevamo nemmeno pensato prima".

Dulla spiega:

"La nuova tecnologia evidenzia l'attività elettrica con la luce. I neuroni sono molto attivi elettricamente e la nuova tecnologia ci consente di vedere che anche gli astrociti lo sono.

"Gli astrociti si assicurano che tutto sia copacetico (=a posto, perfetto) nel cervello e se qualcosa va storto, se c'è un infortunio o un'infezione virale, lo rilevano, cercano di rispondere e quindi cercano di proteggere il cervello dall'insulto. Quello che vogliamo fare dopo è determinare come cambiano gli astrociti quando avvengono questi insulti".

La comunicazione da neurone a neurone avviene attraverso il rilascio di pacchetti di sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori. Gli scienziati sapevano che gli astrociti controllano i neurotrasmettitori, assicurandosi che i neuroni rimangano sani e attivi. Ma il nuovo studio rivela che i neuroni rilasciano anche ioni di potassio, che cambiano l'attività elettrica dell'astrocita e il modo in cui controlla i neurotrasmettitori.

“Quindi il neurone controlla ciò che sta facendo l'astrocita e comunicano in entrambi i sensi. I neuroni e gli astrociti parlano tra loro in un modo finora sconosciuto", afferma.

L'impatto sulla ricerca futura

La scoperta della comunicazione astrociti-neuroni solleva numerose domande su come funzionano le interazioni nella patologia cerebrale e nello sviluppo dell'apprendimento e della memoria.

"Ci fa ripensare a tutto ciò che fanno gli astrociti e all'influenza che la loro attività elettrica può avere su una vasta gamma di malattie neurologiche", afferma.

Ad esempio, nell'Alzheimer, gli astrociti non controllano i neurotrasmettitori, anche se questo è il loro lavoro fondamentale, spiega Dulla. Problemi simili si verificano nelle lesioni cerebrali traumatiche e nell'epilessia. Per anni gli scienziati hanno pensato che forse il problema fosse la mancanza di una proteina o una mutazione che impedisce a una proteina di funzionare.

"Si è ipotizzato che l'accumulo di potassio extracellulare nel cervello, contribuisca all'epilessia e alle patologie di emicrania", afferma Armbruster. "Questo nuovo studio ci fa capire meglio che gli astrociti eliminano questo accumulo e aiutano a mantenere un equilibrio di eccitazione".

I ricercatori stanno ora esaminando i farmaci esistenti per vedere se possono manipolare le interazioni neuroni-astrociti.

“In tal modo, potremmo un giorno aiutare le persone a imparare più velocemente o meglio? Possiamo riparare una lesione cerebrale quando si verifica?" si chiede Dulla.

La nuova tecnologia utilizzata per fare questa scoperta non solo apre nuovi modi di pensare all'attività degli astrociti, ma fornisce anche nuovi approcci per l'attività di scansione in tutto il cervello. Prima di adesso, non c'era modo di vedere l'attività del potassio nel cervello, ad esempio, o studiare come il potassio è coinvolto nel sonno, nel metabolismo o nelle lesioni e infezioni nel cervello.

"Stiamo dando questi strumenti ad altri laboratori in modo che possano usare gli stessi test e tecniche per studiare le questioni a cui sono interessati", afferma. "Gli scienziati stanno ottenendo gli strumenti per studiare mal di testa, respirazione, disturbi dello sviluppo e una vasta gamma di malattie neurologiche diverse".

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