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Le sorprese della mappa 3D dei vasi sanguigni nella corteccia cerebrale

Esempi di set di dati vettorializzati.Esempi di set di dati vettorializzati. (Fonte: Autori studio, Nature)I vasi sanguigni all'interno di un'area sensoriale del  cervello dei mammiferi si avviluppano e si collegano in modo inaspettato, secondo le rivelazioni di una nuova mappa.


Lo studio, pubblicato il 9 Giugno nell'edizione anticipata on line di Nature Neuroscience, descrive l'architettura vascolare all'interno di una regione ben nota della corteccia cerebrale ed esplora ciò che significa la struttura per l'imaging funzionale del cervello e l'insorgenza di un tipo di demenza.


David Kleinfeld, professore di fisica e neurobiologia alla University of California di San Diego (UCSD) e colleghi, hanno mappato i vasi sanguigni in una zona del cervello di topo che riceve segnali sensoriali dai baffi. L'organizzazione delle cellule neurali in questa regione del cervello è ben compresa, come lo è il modello dei vasi sanguigni che entrano dalla superficie del cervello e ritornano dalle profondità, ma la rete in mezzo è sconosciuta. Eppure, queste piccole arteriole e venule portano ossigeno e sostanze nutritive alle cellule cerebrali affamate di energia e portano via i rifiuti.


Il team ha tracciato questa minuscola rete riempiendo i vasi con un gel fluorescente. Quindi hanno ricostruito la rete tridimensionale dei piccoli vasi usando un sistema automatizzato sviluppato dal co-autore Philbert Tsai, che rimuove sottili strati di tessuto con un laser durante l'acquisizione di una serie di immagini. Il progetto si è focalizzato su una regione della corteccia cerebrale in cui le cellule nervose sono così conosciute da poter essere ricondotte ai singoli baffi. Questi neuroni si raggrupano in "fusti", uno per ogni baffo, un modello di organizzazione visto anche in altre aree sensoriali.


Gli scienziati si aspettavano che ogni fusto di baffo avesse il proprio apporto di sangue, ma questo non è vero. I vasi sanguigni non si allineano con la struttura funzionale dei neuroni che nutrono. "Questa è stata una sorpresa, perché i vasi sanguigni si sviluppano in tandem con il tessuto nervoso", dice Kleinfeld. Al contrario i microvasi sotto la superficie si avviluppano e si collegano in schemi che non corrispondono chiaramente ai fusti. Per capire il modello, si sono rivolti a una branca della matematica chiamata teoria dei grafi, che descrive i sistemi come nodi interconnessi. Usando questo approccio, non sono emerse subunità nascoste, a dimostrazione che la rete in realtà forma un graticolo continuo che chiamano l' "angiome".


Le mappe vascolari tracciate in questo studio sollevano una questione di quello che vediamo in realtà in una specie diffusa di imaging cerebrale chiamata risonanza magnetica funzionale, che in un certo modo misura l'attività cerebrale, registrando i cambiamenti dei livelli di ossigeno nel sangue. La teoria è che l'attività riduce ossigeno localmente. Quindi hanno spostato dei baffi su singoli topi e hanno scoperto che i segnali ottici associati a riduzione di ossigeno si concentrano sui fusti, dove le registrazioni elettriche confermato l'attività neurale. Perciò la mappatura del cervello non dipende dalla disposizione modulare dei vasi sanguigni.


I ricercatori hanno anche fatto un passo ulteriore per calcolare i modelli di flusso di sangue in base al diametro e alle connessioni dei vasi e si sono chiesti come questo cambierebbe se una arteriola alimentatrice fosse bloccata. La mappa ha permesso loro di identificare i "domini di perfusione", che predicono il volume della lesione risultante dall'occlusione di un vaso provocata da un coagulo.


Sono anche riusciti a costruire in modo critico un modello fisico di come si formano queste lesioni nel caso di demenza umana.

 

 

 

 

 


Fonte: University of California - San Diego, via EurekAlert!, a service of AAAS.

Reference: Pablo Blinder, Philbert S Tsai, John P Kaufhold, Per M Knutsen, Harry Suhl, David Kleinfeld. The cortical angiome: an interconnected vascular network with noncolumnar patterns of blood flow. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3426

Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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