Ricerche

Tra le caratteristiche protettive più cruciali del corpo ci sono i sistemi di barriera cerebrale, che includono la barriera emato-encefalica e il liquido emato-cerebrospinale (CSF). Queste barriere sono costituite da cellule altamente specializzate che consentono l’ingresso dei nutrienti essenziali, ma respingono le tossine e gli agenti patogeni pericolosi che potrebbero circolare nel flusso sanguigno. Gli scienziati sanno da tempo cosa fanno queste barriere, ma sanno meno come vengono costruite durante lo sviluppo.

Un nuovo studio condotto dai ricercatori dell’Università della California di San Diego, pubblicato su Cell, ha scoperto un fattore chiave: le cellule senescenti. Spesso associate all’invecchiamento e alle malattie, queste cellule sembrano invece contribuire a costruire e sostenere le barriere protettive del cervello durante lo sviluppo.

Al centro delle loro nuove intuizioni c’è la comprensione in continua evoluzione delle cellule senescenti, che tradizionalmente sono state etichettate come cellule 'zombi' poiché non sono più in grado di dividersi, ma non muoiono completamente. Le cellule senescenti si accumulano con l’età e sono state collegate a disfunzione dei tessuti, infiammazione cronica e declino cognitivo, rendendole un bersaglio attraente per terapie volte a rallentare il declino legato all’età.

Negli ultimi anni, tuttavia, nuovi studi hanno dimostrato che le cellule senescenti non sono strettamente legate all’invecchiamento e alle malattie. I ricercatori hanno identificato cellule senescenti che compaiono temporaneamente nello sviluppo di embrioni di topo e svolgono un ruolo nello sviluppo degli arti e dei reni. Altri studi hanno scoperto che le cellule senescenti hanno un ruolo transitorio nella guarigione delle ferite, suggerendo che queste cellule possono essere benefiche in alcuni contesti. Ciò ha portato all’idea che la senescenza può essere utile quando è temporanea, ma dannosa quando persiste.

La ricerca del laboratorio del professore assistente della Scuola di scienze biologiche Hiruy Meharena indica che le cellule senescenti hanno ruoli precedentemente non riconosciuti nello sviluppo del cervello. Studiando lo sviluppo del cervello dei topi, la scienziata associata al progetto Ashley Watson ha identificato cellule senescenti che emergono in fasi distinte durante la formazione di due sistemi di barriera cerebrale critici: le barriere emato-encefalica e quella emato-CSF.

"Abbiamo scoperto che questi stati associati alla senescenza compaiono in tipi di cellule barriera molto specializzate e in momenti precisi durante lo sviluppo del cervello, suggerendo che potrebbero avere ruoli specializzati nella costruzione delle barriere protettive del cervello", ha affermato la Watson, prima autrice dello studio.

I ricercatori hanno usato una serie di metodi durante lo studio, tra cui il sequenziamento dell’RNA di singole cellule, scansioni e tracciamento del lignaggio genetico. Hanno scoperto che tre tipi di cellule entrano in uno stato senescente durante lo sviluppo: cellule endoteliali vascolari, macrofagi residenti nel cervello e cellule epiteliali del plesso coroideo. Queste cellule contribuiscono alla formazione delle barriere protettive del cervello in diversi modi. Nelle cellule endoteliali e nei macrofagi, la senescenza sembra aiutare a coordinare la struttura dei vasi sanguigni e la formazione della barriera emato-encefalica. Nel plesso coroideo, che produce il liquido cerebrospinale e forma la barriera sangue-CSF, la senescenza sembra supportare lo sviluppo e la funzione della barriera.

Hanno scoperto che le cellule endoteliali vascolari senescenti e i macrofagi residenti nel cervello apparivano solo transitoriamente durante la crescita e il rimodellamento dei vasi sanguigni embrionali che formano la barriera emato-encefalica. Le cellule epiteliali del plesso coroideo, al contrario, conservavano le caratteristiche della senescenza molto tempo dopo lo sviluppo e rimanevano presenti fino all'età adulta.

"Questa è stata una delle scoperte più inaspettate", ha detto Meharena. "La senescenza evolutiva è stata generalmente vista come un processo transitorio. Qui, abbiamo identificato una popolazione di cellule nel cervello che sembra mantenere le caratteristiche associate alla senescenza fino all'età adulta. Questo studio mostra che la senescenza può assumere molte forme diverse nel cervello, a seconda del tipo di cellula e dello stadio di sviluppo".

Per verificare se queste cellule fossero funzionalmente importanti, i ricercatori hanno eliminato le cellule senescenti durante lo sviluppo embrionale. Gli embrioni di topo privi di queste cellule hanno sviluppato anomalie nella formazione della barriera cerebrale e nell'equilibrio dei fluidi, indicando che le cellule associate alla senescenza contribuiscono al normale sviluppo del cervello.

"Ciò che ci ha sorpreso di più è stato che la senescenza non era un singolo stato. Sembrava molto diverso tra i tipi di cellule e sembrava svolgere funzioni distinte a seconda di dove e quando si verificava", ha detto Watson. "Inoltre, le cellule non agivano in modo indipendente. La senescenza sembrava aiutare diversi tipi di cellule a lavorare insieme per costruire, e in alcuni casi sostenere, le barriere protettive del cervello".

I ricercatori stanno ora studiando come avviene la senescenza e i processi correlati nelle malattie del cervello.