Il Dott. Chun-Li Zhang a sinistra, e il dottor Zhida Su a destraRicercatori del Medical Center della University of Texas Southwestern hanno creato nuove cellule nervose nel cervello e nel midollo spinale di mammiferi viventi senza la necessità di trapianti di cellule staminali, per ricostituire le cellule perdute.

Nonostante la ricerca indichi che potrebbe essere un giorno possibile rigenerare i neuroni da cellule del corpo per riparare le lesioni cerebrali traumatiche o i danni al midollo spinale, o per trattare malattie come l'Alzheimer, i ricercatori hanno sottolineato che è troppo presto per sapere se i neuroni creati in questi studi iniziali possano indurre miglioramenti funzionali, un obiettivo di ricerche future.

Le lesioni del midollo spinale possono portare ad una perdita irreversibile di neuroni, e assieme alle cicatrici, può portare in ultima analisi a funzioni motorie e sensoriali deteriorate. Gli scienziati sono fiduciosi che la rigenerazione delle cellule può essere una strada per riparare i danni, ma il midollo spinale adulto ha una capacità limitata di produrre nuovi neuroni. Per sostituire i neuroni, gli scienziati biomedici hanno finora trapiantato cellule staminali, ma hanno avuto di fronte altri ostacoli, evidenziando la necessità di nuovi metodi per il reintegro delle cellule perse.

Gli scienziati del Dipartimento di Biologia Molecolare della UT Southwestern avevano trasformato in uno studi oprecedente, e con successo, degli astrociti (le cellule cerebrali non neuronali più comuni) in neuroni che costituiscono delle reti, nei topi. E ora hanno trasformato con successo in neuroni gli astrociti che formano cicatrici nel midollo spinale di topi adulti. Gli ultimi risultati sono pubblicati oggi su Nature Communications e seguono i precedenti risultati pubblicati su Nature Cell Biology.

"Il nostro lavoro precedente è stato il primo a dimostrare chiaramente in vivo (in un animale vivente), che gli astrociti maturi possono essere riprogrammati per diventare neuroni funzionali, senza la necessità del trapianto di cellule. Lo studio attuale ha fatto qualcosa di simile nella colonna vertebrale, trasformando astrociti che formano cicatrici in cellule progenitrici chiamate neuroblasti che si rigenerano in neuroni", ha detto il Dott. Chun-Li Zhang, assistente professore di biologia molecolare alla UT Southwestern e autore senior di entrambi gli studi.

"Gli astrociti sono abbondanti ed ampiamente distribuiti sia nel cervello che nel midollo spinale. Queste cellule proliferano e contribuiscono alla formazione di cicatrici in risposta ad un danno. Una volta che si è formata una cicatrice, esse sigillano la zona lesa e creano una barriera meccanica e biochimica alla rigenerazione neuronale", ha spiegato il dottor Zhang. "I nostri risultati indicano che gli astrociti possono essere bersagli ideali per una riprogrammazione in vivo".

L'approccio in due fasi degli scienziati prima introduce una sostanza biologica che regola l'espressione dei geni, chiamata «fattore di trascrizione», nelle aree del cervello o del midollo spinale dei topi adulti in cui tale elemento non è molto espresso. Dei 12 fattori di trascrizione testati, solo il SOX2 ha trasformato astrociti adulti completamente differenziati, in uno stadio di sviluppo prematuro di precursori neuronali, o neuroblasti, comunica il dottor Zhang.

Nella seconda fase, i ricercatori hanno dato ai topi un farmaco chiamato acido valproico (VPA) che incoraggia la sopravvivenza dei neuroblasti e la loro maturazione (differenziazione) in neuroni. Il VPA è utilizzato da più di mezzo secolo per trattare l'epilessia ed è anche prescritto per il trattamento del disturbo bipolare e per prevenire l'emicrania, ha detto.

Lo studio riporta che è avvenuta la neurogenesi (la creazione di neuroni) nel midollo spinale di topi adulti e anziani (oltre un anno), di entrambi i sessi, anche se la risposta è stata molto più debole nei topi anziani, secondo il dottor Zhang. I ricercatori ora sono alla ricerca del modo per aumentare il numero e la velocità di creazione dei neuroni. I neuroblasti hanno bisogno di quattro settimane per formarsi e otto settimane per maturare in neuroni, un tempo più lungo di neurogenesi di quella riportata da esperimenti di laboratorio in vitro, per cui i ricercatori prevedono di condurre esperimenti per determinare se il ritmo più lento aiuti i neuroni appena generati ad integrarsi correttamente nel loro ambiente.

Nello studio del midollo spinale, i neuroni maturi indotti da SOX2, creati dalla riprogrammazione degli astrociti, hanno persistito per 210 giorni dopo l'inizio dell'esperimento, il tempo più lungo rilevato dai ricercatori, ha aggiunto.

Poiché la crescita tumorale è un problema quando le cellule sono riprogrammate ad uno stadio iniziale di sviluppo, i ricercatori hanno seguito i topi nello studio su Nature Cell Biology per quasi un anno per cercare segni di formazione del tumore e segnalano di non averne trovando alcuno.

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L'autore principale dello studio attuale è Dr. Zhida Su, istruttore visitante di biologia molecolare alla UT Southwestern, proveniente dalla Second Military Medical University di Shanghai in Cina. I co-autori includono: il Dr. Wenze Niu, istruttore, il dottor Meng-Lu Liu, ricercatore post-dottorato, e Yuhua Zou, ricercatore, tutti del Dipartimento di Biologia Molecolare della UT Southwestern.

I co-autori dello studio su Nature Cell Biology includono il Dott. Niu, la signora Zou, e il ricercatore post-dottorato dottor Tong Zang, tutti del Dipartimento di Biologia Molecolare, così come l'ex ricercatore post-dottorato Dr. Sanhua Fang, ora docente alla Zhejiang University in Cina; il Dr. Robert Bachoo, assistente professore di neurologia, neuroterapia e medicina interna alla UT Southwestern e Derek Smith, un dottorando di neuroscienze e biologia molecolare.

Entrambi gli studi hanno ricevuto il sostegno della American Heart Association, della Welch Foundation, della Ellison Medical Foundation, e dei National Institutes of Health. Lo studio suNature Cell Biology ha ricevuto anche il sostegno della New Innovator Award di un direttore NIH e dalla Whitehall Foundation.

Fonte:  UT Southwestern Medical Center  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:

1. Zhida Su, Wenze Niu, Meng-Lu Liu, Yuhua Zou, Chun-Li Zhang. In vivo conversion of astrocytes to neurons in the injured adult spinal cord. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4338
2. Wenze Niu, Tong Zang, Yuhua Zou, Sanhua Fang, Derek K. Smith, Robert Bachoo, Chun-Li Zhang. In vivo reprogramming of astrocytes to neuroblasts in the adult brain. Nature Cell Biology, 2013; 15 (10): 1164 DOI: 10.1038/ncb2843

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