Ricerche

Un'immagine stilizzata al microscopio di un astrocita (rosso) e di un neurone (verde). I cerchi blu indicano i nuclei delle cellule.

I neuroni sono da molto tempo sotto i riflettori nella neuroscienza e per una buona ragione: sono gli attori cellulari più importanti. Ma, sempre di più, le cellule di supporto a forma di stella chiamate «astrociti» sono viste come giocatori più che marginali nel ricco scenario del cervello.

I ricercatori del Salk Institute di La Jolla, in California, hanno riferito un nuovo metodo per ottenere astrociti dalle cellule staminali, aprendo ampi percorsi per la ricerca sulle malattie con caratteristiche infiammatorie. Il protocollo, descritto il 6 giugno 2017 su Stem Cell Reports, offre un modo più veloce ed efficace per ottenere astrociti per la ricerca cerebrale, con il potenziale di scoprire trattamenti di condizioni che vanno dall'ictus, all'Alzheimer, ai disturbi psichiatrici.

"Questo lavoro rappresenta un grande passo avanti nella nostra capacità di modellare i disturbi neurologici in un piatto", afferma il professor Rusty Gage del Salk, titolare della cattedra di ricerca sulle neurodegenerazioni associate all'età e autore senior dello studio. "Poiché l'infiammazione è il denominatore comune in molti disturbi cerebrali, capire meglio gli astrociti e le loro interazioni con altri tipi di cellule nel cervello potrebbe fornire importanti indizi su ciò che va male nelle malattie".

Gli astrociti sono noti per supportare i neuroni in vari modi, fornendo loro energia e le impalcature fisiche per ripulire i loro rifiuti. Gli astrociti hanno anche funzioni cerebrali più generali relative alla regolazione del flusso ematico e dell'infiammazione (un marcatore di lesioni o malattie). Ma i metodi attuali per guidare il loro sviluppo e differenziarli dalle cellule staminali umane sono lunghi e funzionalmente limitati. Nel nuovo studio, i ricercatori del Salk descrivono un modo più efficace per differenziare gli astrociti sensibili all'infiammazione e che funzionano proprio come quelli del nostro cervello. Inoltre, gli astrociti del Salk possono essere coltivati ​​insieme ai neuroni, consentendo ai ricercatori di modellare le interazioni tra questi due importanti tipi di cellule sia negli stati sani che in quelli malati.

Con i giusti cocktail di sostanze chimiche, chiamati fattori di crescita, somministrati in modo graduale, le cellule staminali pluripotenti umane possono essere sollecitate a svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo. Il protocollo del Salk ha guidato le cellule staminali pluripotenti, per un periodo di sei settimane, dapprima a diventare cellule neurali generiche e quindi precursori degli astrociti. Con ulteriori bagni chimici, poche settimane dopo le cellule precursori si sono differenziate in astrociti.

"Esistono altri metodi per differenziare gli astrociti, ma il nostro protocollo arriva prima alle cellule sensibili all'infiammazione, rendendo la modellazione più efficiente e diretta", afferma Carol Marchetto, scienziata senior del Salk e uno degli autori della ricerca.

Un altro vantaggio del nuovo metodo del laboratorio di Gage è che le cellule precursori degli astrociti possono essere congelate e successivamente sviluppate e differenziate se necessario, facendo risparmiare ai ricercatori circa sei settimane di tempo con ogni nuovo esperimento.

I test hanno rivelato che gli astrociti indotti funzionavano in modo molto simile agli astrociti isolati dal tessuto cerebrale reale. Gli astrociti creati in laboratorio hanno risposto al neurotrasmettitore glutammato e al calcio in modo simile agli astrociti naturali. Come gli astrociti tipici, le cellule create in laboratorio hanno anche risposto fortemente alla presenza di molecole infiammatorie chiamate citocine, producendo citochine proprie.

Inoltre, il team ha testato il proprio protocollo sulle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), cellule adulte derivate di solito dalla pelle, che sono state riprogrammate in uno stato simile a quello delle cellule staminali. Il laboratorio ha trasformato le iPSC in astrociti che hanno mostrato la stessa sensibilità infiammatoria degli astrociti naturali, fornendo una risorsa importante per studiare le malattie in cui l'infiammazione del cervello può avere un ruolo.

 
"Questa tecnica ci permette di iniziare ad affrontare domande sullo sviluppo del cervello e sulle malattie come non abbiamo ancora potuto fare finora", dice Gage. Il team ha inoltre coltivato astrociti derivanti da cellule staminali pluripotenti con i neuroni, un passo importante nell'esplorazione del rapporto tra diversi tipi di cellule cerebrali sulle funzioni normali e sulle malattie.

"La cosa interessante dell'uso delle iPSC è che se otteniamo campioni di tessuto da persone con malattie come la sclerosi multipla, l'Alzheimer o la depressione, saremo in grado di studiare come si comportano i loro astrociti e come interagiscono con i neuroni", afferma Krishna Vadodaria, associato di ricerca del Salk e uno degli autori dello studio. Questo sarà il prossimo passo nella ricerca del laboratorio.