Ricerche

Nanotubi intercellulari (sottili connessioni a ponte con dominante verde) contribuiscono a un ulteriore livello di rete comunicativa tra i neuroni (Fonte: Minhyeok Chang, PhD / Johns Hopkins Medicine)

Scienziati della Johns Hopkins University di Baltimora (Maryland/USA) affermano di aver dimostrato che il cervello dei mammiferi crea reti di tubi che trasportano le tossine dentro e fuori le cellule cerebrali, come i tubi pneumatici fanno muovere gli oggetti avanti e indietro nelle fabbriche e nei negozi.

I risultati degli esperimenti, condotti con topi geneticamente modificati e tecnologie di scansione specializzate e pubblicati su Science, potrebbero far progredire la comprensione dei processi che portano al morbo di Alzheimer (MA) e ad altre condizioni neurodegenerative e aprire la strada a potenziali nuove terapie. Gli scienziati affermano di aver osservato la formazione di nanotubi principalmente per liberare i neuroni da piccole molecole tossiche, compresa l'amiloide-beta, una proteina che si aggrega e forma depositi appiccicosi che sono un segno distintivo del MA.

"Le cellule devono liberarsi delle molecole tossiche e, producendo un nanotubo, possono quindi trasmetterle a una cellula vicina", afferma l'autore senior Hyungbae Kwon, professore associato di neuroscienze alla Johns Hopkins University. "Sfortunatamente, ciò si traduce anche nella diffusione di proteine ​​dannose ad altre aree del cervello".

Con microscopi ad alta potenza e scansioni di neuroni vivi, gli scienziati hanno osservato che le cellule cerebrali producono uno strato di lunghe sporgenze simili a dita tra i dendriti delle cellule cerebrali, le estensioni simili a braccia che si ramificano dalle cellule. Queste sporgenze, i cosiddetti 'nanotubi dendritici', trasportano piccole molecole dannose da una cellula cerebrale all’altra.

"Le strutture lunghe e sottili a forma di colonna di questi nanotubi dendritici aiutano a trasferire rapidamente le informazioni da un neurone all'altro", afferma Kwon. “Questi nanotubi possono trasportare calcio, ioni o molecole tossiche e sono ideali per inviare informazioni a cellule lontane”.

I modelli computazionali del processo documentati dai ricercatori nei nuovi esperimenti imitano il processo di 'amiloidosi precoce', riferisce il team, e “svelano uno strato di connettività nanotubulare nel cervello” che va oltre la normale comunicazione tra le cellule cerebrali. Kwon afferma che questi risultati potrebbero aiutare i ricercatori a comprendere meglio come sviluppare trattamenti per le condizioni neurodegenerative, incluso il MA.

Nei loro esperimenti, gli autori hanno prelevato piccoli campioni di tessuto dal cervello di normali topi di laboratorio e hanno usato microscopi ad alta potenza per caratterizzare la funzione e la struttura dei nanotubi all'interno dei neuroni. La nuova tecnologia microscopica ha permesso agli scienziati della Johns Hopkins di vedere le strutture dei nanotubi nei minimi dettagli e di osservare come trasferivano i materiali tra le cellule cerebrali.

Gli scienziati hanno poi confrontato campioni di tessuto cerebrale di topi normali con campioni di tessuto cerebrale di topi geneticamente modificati per sviluppare l'accumulo di amiloide caratteristico del MA. I ricercatori affermano che i topi affetti dal MA avevano un numero maggiore di nanotubi nel cervello a tre mesi, quando i topi erano privi di sintomi, rispetto ai topi normali della stessa età. A sei mesi di età, il numero di nanotubi nei topi normali e in quelli affetti da MA ha cominciato ad uguagliarsi.

Osservando più da vicino i neuroni umani (campionati con il permesso di un database di microscopia elettronica disponibile al pubblico), gli scienziati hanno identificato nanotubi con morfologia simile che si formano tra i neuroni nello stesso modo in cui li hanno sviluppati i topi di laboratorio.

Negli esperimenti futuri, dice Kwon, il team si concentrerà sull'esistenza di reti di nanotubi su larga scala in tipi cellulari diversi dai neuroni nel cervello. Alla fine, intende progettare un esperimento in cui i ricercatori creeranno un nanotubo per vedere come influisce sullo stato delle cellule. Con tale conoscenza, dice Kwon, c’è la possibilità un giorno di aumentare o diminuire la produzione di nanotubi per proteggere il cervello: “Quando progetteremo un potenziale trattamento basato su questo lavoro, potremo individuare il modo in cui vengono prodotti i nanotubi – aumentando o diminuendo la loro formazione – a seconda dello stadio della malattia”.