Il microscopio elettronico a scansione mostra sulla superficie nano-grezza un neurone che è a contatto intimo con la superficie (il cui colore non è quello reale, ma utile solo per la visualizzazione). Fonte: Nils Blumenthal e Prasad ShastriSi ritiene che l'accumulo di una proteina chiamata amiloide-beta in grandi depositi insolubili chiamati placche sia causa dell'Alzheimer. Un aspetto di questa malattia, che non ha ricevuto molta attenzione, è il ruolo della struttura dell'ambiente cerebrale.

Come riescono le macromolecole e gli insiemi macromolecolari, come i polisaccaridi, ad influenzare l'interazione delle cellule nel cervello?

In uno studio pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, il Prof. Prasad Shastri e lo studente laureato Nils Blumenthal, in collaborazione con il Prof. Bernd Heimrich e il Prof. Ola Hermanson, hanno scoperto che delle macromolecole, o cellule di supporto, come gli astrociti, forniscono degli aiuti fisici ben definiti, in forma di rugosità o increspature casuali, che hanno un ruolo cruciale nel promuovere e mantenere le interazioni tra le cellule sane nell'ippocampo.

Questa zona del cervello è considerato il sistema GPS del cervello: essa elabora e memorizza le informazioni spaziali. Nell'Alzheimer, quest'area degenera. Shastri dice "Si è sempre pensato che solo i segnali biologici abbiano un ruolo nella salute e nella funzionalità delle cellule cerebrali, ma qui dimostriamo che la struttura delle molecole che circondano queste cellule può essere altrettanto importante".

I ricercatori hanno scoperto che esiste un regime limitato di rugosità su scala nanometrica, di cui beneficiano i neuroni. Se l'entità della rugosità supera o è inferiore a questo regime, i neuroni avvertono delle alterazioni negative nella loro funzione. Analizzando il tessuto cerebrale umano di pazienti che hanno sofferto di Alzheimer, il team di Shastri ha trovato un legame cruciale tra le regioni del cervello che hanno un accumulo di placca amiloide-beta (responsabili della morte dei neuroni) e delle variazioni sfavorevoli alla nanotopografia del tessuto circostante questi neuroni, cioè le caratteristiche della sua superficie.

Shastri ed i suoi collaboratori hanno scoperto che gli astrociti forniscono un ambiente fisico in nanoscala di cui hanno bisogno i neuroni per funzionare bene. "La nostra scoperta mostra per la prima volta che i canali ionici attivati da tensione possono avere un ruolo nella funzione del sistema nervoso centrale e nella malattia. Quindi, i nostri risultati offrono nuovi bersagli farmacologici", dice Blumenthal.

Usando substrati sintetici con una precisa rugosità, hanno scoperto che le molecole sensibili alla tensione, tra cui il cosiddetto canale ionico Piezo-1 nelle cellule cerebrali di topo, dirigono l'interazione tra nanotopografia, astrociti e neuroni. Una ricerca precedente aveva dimostrato l'espressione alterata del MIB-1, l'analogo umano del Piezo-1, nei pazienti umani di Alzheimer.

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Il Prof. Prasad Shastri svolge le sue ricerche all'Istituto di Chimica delle Macromolecole e all'Excellence Cluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies dell'Università di Friburgo. Lo studente laureato Nils Blumenthal è finanziato dal BIOSS. Il Prof. Bernd Heimrich è all'Istituto di Anatomia e Biologia Cellulare dell'Università di Friburgo e il Prof. Ola Hermanson è all'Istituto Karolinska di Stoccolma in Svezia.

Fonte:  Albert-Ludwigs-Universität Freiburg  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  N. R. Blumenthal, O. Hermanson, B. Heimrich, V. P. Shastri. Stochastic nanoroughness modulates neuron-astrocyte interactions and function via mechanosensing cation channels. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014; DOI: 10.1073/pnas.1412740111

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