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Ricerche

Processo naturale che attiva il sistema immunitario del cervello indica come riparare tessuto cerebrale danneggiato

MicrogliaLe importanti cellule "generatrici" del cervello, a quanto pare, fanno molto di più. Esse secernono sostanze che aumentano il numero e la forza di cellule immunitarie critiche del cervello che si ritiene rivestano un ruolo vitale nella salute dello stesso.

Questa scoperta aggiunge una nuova dimensione alla nostra comprensione di come le cellule staminali residenti e i trapianti di cellule staminali possano migliorare la funzionalità del cervello.


Molti ricercatori ritengono che queste cellule possono essere in grado di rigenerare il tessuto danneggiato del cervello integrandosi in circuiti erosi da malattie neurodegenerative o distrutti da lesioni. Ma le nuove scoperte dagli scienziati della School of Medicine della Stanford University suggeriscono che pure un'altro processo, non anora pienamente apprezzato, potrebbe far parte dell'equazione. I risultati appaiono in uno studio pubblicato on-line il 21 ottobre su Nature Neuroscience.

Tony Wyss-Coray, PhD"Il trapianto di cellule staminali neurali nel cervello di animali da esperimento ci intravedere la possibilità di accelerare il recupero da ictus e forse pure da malattie neurodegenerative", ha dichiarato Tony Wyss-Coray, PhD (foto), professore di neurologia e scienze neurologiche della scuola di medicina e ricercatore senior al Veterans Affairs Palo Alto Health Care System. "Perché questa tecnica funzioni è tutt'altro che chiaro, però, perché le cellule staminali neurali in realtà non attecchiscono bene".


Le cellule staminali neurali possono resistere sostanzialmente invariate per decenni in due posti nel cervello dei mammiferi, replicandosi quanto basta per soddisfare le esigenze di routine di queste regioni. Nella maggior parte del cervello, non si trovano affatto. Sebbene siano di importanza fondamentale per il mantenimento della funzione sana del cervello, le vere cellule staminali neurali sono rare. Molto più comuni sono le loro discendenti immediate, che sono chiamate cellule progenitrici neurali (NPC). Queste cellule robuste, a rapida divisione, sono pronte a viaggiare lungo un percorso di differenziazione impegnato, per produrre nuove cellule cerebrali di diversi tipi, compresi i neuroni.


E' risaputo che trattare gli esseri umani con radiazioni o farmaci che impediscono la replicazione delle NPC provoca deficit di memoria ("cervello chemio") e, nei bambini, la perdita di IQ fino a 20 punti. Al contrario, sono stati avviati studi per verificare se l'infusione di cellule staminali neurali nel cervello colpito da Alzheimer può migliorare la funzione di memoria dei pazienti.


Una categoria di cellule cerebrali, le microglia (nello schema in alto), discende non da cellule staminali neuronali, ma da un lignaggio immunitario e mantiene caratteristiche diverse dalle cellule immunitarie. "Le microglia del cervello sono proprio le cellule immunitarie residenti", dice Wyss-Coray. A differenza di molte altre cellule cerebrali mature, le microglia possono proliferare anche in età adulta, soprattutto in risposta alle lesioni cerebrali. Possono, inoltre, migrare verso i siti feriti, secernere varie sostanze "chimiche di segnalazione", e fagocitare pezzi di detriti, invasori microbici o interi neuroni morti o morenti.


Le microglia normalmente sono distribuite in tutto il cervello: cellule piuttosto piccole e tranquille con proiezioni lunghe e magre che umilmente, ma efficacemente, sorvegliano grandi aree che, nel loro insieme, coprono l'intero cervello. Ma se questa sorveglianza rivela segni di un disturbo, come lesioni o infezioni, le microglia entrano roteando in azione. Cominciano proliferando e il loro corpo gracile si gonfia, trasformandosi come dal mite giornalista Clark Kent nel brillante Supermen, che vola sulla scena del guaio, dove secernono sostanze che possono strozzare i cattivi nuovi entrati o chiamare rinforzi. All'interno di queste cellule attivate, si forma un gran numero di tritarifiuti interni chiamati lisosomi che iniziano a ronzare, pronti a fare carne tritata degli agenti patogeni o dei detriti cellulari.


Oltre alla loro parte di pattugliatrici ufficiali, incaricate della pulizia, le microglia possono anche secernere sostanze che aiutano i neuroni a prosperare. Esse contribuiscono anche alla potatura continua dei collegamenti tra i neuroni non più necessari che sono presenti tutta la vita.


Ma come le cellule immunitarie id altre parti, dice Wyss-Coray, le microglia possono essere una forza del male, se si impegnano in attività eccessive o non appropriate. Esse possono, per esempio, iniziare a rimuovere le cellule sane (come avviene nel Parkinson) o interrompere l'eliminazione della spazzatura sparsa nel cervello (per esempio, le placche dell'Alzheimer).


In una serie di esperimenti, Wyss-Coray e i suoi colleghi hanno dimostrato che le NPC secernono sostanze che attivano la microglia. In primo luogo, i ricercatori hanno osservato che le microglia erano insolitamente abbondanti e attive nelle due regioni del cervello dei mammiferi dove risiedono le NPC e si formano i nuovi neuroni. Chiedendosi se le NPC potessero causare questo aumento di attività delle microglia, gli investigatori hanno incubato le microglia del topo in un mezzo di coltura dove erano state precedentemente immerse le NPC. Due giorni dopo, hanno visto che la microglia si erano moltiplicate di più, avevano espresso diverse quantità di varie molecole di segnalazione e esibivano più lisosomi. "Le microglia erano pronte per l'azione", ha detto Wyss-Coray.


Quindi hanno iniettato le NPC in una zona del cervello dei topi in cui non si trovano queste cellule normalmente. Nella stessa zona dell'emisfero cerebrale opposto, hanno iniettato una soluzione di controllo. Anche in questo caso hanno trovato differenze significative nella proliferazionee e nell'attività della microglia, e nella parte iniettata di NPC c'erano più microglia con la forma da "Superman", invece di quella da "Clark Kent". Quando hanno ripetuto questo esperimento utilizzando solo "acqua di scarto" delle NPC, piuttosto che le NPC stesse, hanno ottenuto risultati simili. E' chiaro che le NPC secernono qualcosa, o alcune cose, che sono in grado di stimolare l'azione delle microglia.


Usando sofisticate tecniche di laboratorio, il team ha monitorato le NPC purificate più diversi altri tipi di cellule presenti nel cervello e hanno valutato circa 60 diverse sostanze note per avere potenti proprietà di segnalazione da cellula a cellula. Molte di tali sostanze, si è scoperto, vengono secrete in quantità molto più grandi dalle NPC che dagli altri tipi di cellule: in particolare, il fattore di crescita vascolare endoteliale (VEGF), una molecola ben conosciuta prodotta da molti tipi di cellule in tutto il corpo. Il VEGF stimola la formazione di vasi sanguigni ed esercita un effetto benefico sui neuroni. Al contrario, i farmaci che bloccano il VEGF (come l'Avastin) sono frequentemente utilizzati per la lotta contro il cancro perché i tumori richiedono una fornitura immensa di sangue, per crescere rapidamente.


Si sa anche che il VEGF stimola la proliferazione della microglia. Poiché è prodotto in tali volumi dalle NPC, il team di Wyss-Coray ha voluto vedere se il VEGF da solo potrebbe imitare una qualsiasi delle modifiche operate dalle NPC o dai loro detriti nati nel mezzo di coltura. Così hanno iniettato il VEGF nell'emisfero cerebrale destro dei topi, e una soluzione salina nel sinistro: di nuovo gli stessi risultati. Per verifica, i ricercatori hanno iniettato liquido saturo di NPC privo di cellule, come avevano fatto in precedenza. Ma questa volta hanno inizialmente utilizzato varie tecniche di laboratorio per rimuovere il liquido del VEGF secreto dai suoi ex abitanti. Facendo così, si sono quasi completamente stravolti gli effetti di attivazione della microglia.


"Tutto questo suggerisce fortemente che il VEGF prodotto dalle NPC sta giocando un ruolo importante nell'influenzare il comportamento delle microglia", ha detto Wyss-Coray. "Questo è importante, perché in tutte le malattie neurodegenerative sappiamo che le microglia sono fuori controllo". La nuova scoperta potrebbe aprire la porta alla riprogrammazione delle microglia con comportamento anomalo perchè possano lavorare meglio con le altre cellule.

 

 

 

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Fonte: Materiale del Stanford University Medical Center.

Pubblicato in ScienceDaily il 21 Ottobre 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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