Ricerche

Cellule del cervello umano trapiantate (verde) e nuclei (viola)

Degli scienziati hanno creato una "finestra" nel cervello, che consente ai ricercatori di osservare in dettaglio come le cellule del cervello umano si connettono tra loro.

Nel nuovo studio, ci ricercatori dell'Imperial College di Londra in collaborazione con un gruppo dell'Università di Cambridge, hanno trapiantato per la prima volta con successo delle cellule cerebrali umane in un cervello di topo, e hanno osservato come sono cresciute e si sono collegate tra loro.

Ciò ha permesso al team di studiare il modo in cui le cellule del cervello umano interagiscono in un ambiente più naturale di quanto fosse possibile in precedenza.

Il team, finanziato dal Medical Research Council, ha usato quella tecnica per modellare la sindrome di Down, impiegando cellule donate da due individui con questa condizione. Gli scienziati dicono che la tecnica potrebbe essere usata in futuro per studiare una serie di condizioni cerebrali, compresa la schizofrenia, la demenza o l'autismo.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, descrive come i ricercatori hanno visto differenze nelle cellule cerebrali dagli individui con la sindrome di Down rispetto alle cellule cerebrali di una persona senza la condizione. Sebbene alcune delle connessioni formate tra le cellule cerebrali degli individui con la sindrome di Down fossero più stabili e abbondanti, esse comunicavano in modo leggermente meno coordinato.

Il dott. Vincenzo De Paola, autore senior della ricerca, dell'Istituto Scienze Cliniche dell'Imperial, ha dichiarato: "È stato un fantastico lavoro di squadra e sono grato ai molti scienziati che hanno partecipato a questo studio, nonché alle persone che hanno donato campioni di tessuto per questa ricerca. I nostri risultati suggeriscono che l'attività meno coordinata e una maggiore stabilità delle connessioni nella sindrome di Down possono essere collegate alla funzione cognitiva. Capirlo sarebbe un pezzo importante del puzzle e speriamo di avere presto una risposta".

Collegamenti visti per la prima volta

Il professor Rick Livesey, coautore, del Wellcome / Cancer Research UK Gurdon Institute dell'Università di Cambridge, ha commentato: "Lavorare insieme al team della Imperial ci ha permesso di estendere il nostro precedente lavoro sulla produzione di cellule staminali e cellule nervose di persone con sindrome di Down, per studiare come queste cellule nervose si sviluppano e funzionano quando inserite in un cervello vivente. Siamo molto entusiasti di quanto abbiamo appreso e delle nuove strade aperte per comprendere la sindrome di Down".

La dott.ssa Raquel Real, neurologa del gruppo del dott. De Paola all'Imperial College di Londra e prima autrice di questo studio, ha aggiunto: "Il trapianto di cellule cerebrali umane ci ha permesso di monitorare la loro maturazione nel tempo. In definitiva, abbiamo rilevato che le cellule degli individui con sindrome di Down non sono attive come le cellule normali in una fase cruciale del loro sviluppo e questo potrebbe avere importanti implicazioni per alcuni dei sintomi di questa condizione".

Il dott. De Paola ha aggiunto: "Gli scienziati hanno faticato a sviluppare un modo per monitorare le cellule umane vive e le loro connessioni nel cervello. Questo nuovo approccio potrebbe averci fatto fare un passo in avanti in questo senso".

Fondamentalmente, la tecnica consente agli scienziati di studiare come comunicano le cellule cerebrali, ha spiegato il dott. De Paola:

"Le connessioni tra le cellule cerebrali, che consentono loro di parlare tra loro, sono spesso la prima cosa ad essere danneggiata in condizioni come la demenza e il Parkinson. Questo accade molto prima che le cellule cerebrali stesse inizino a morire.

"Ma le connessioni sono così piccole che nessun tipo di strumento di scansione che abbiamo attualmente, come le scansioni MRI o PET, può vederle. Ma la tecnica di microscopia rivoluzionaria utilizzata in questo studio - chiamata microscopia in vivo a 2 fotoni - ci consente non solo di vedere singole cellule cerebrali vive, ma anche le connessioni tra di loro".

Produrre cellule cerebrali da cellule della pelle

Nello studio, il dott. Manuel Peter dell'Istituto Gurdon ha creato cellule cerebrali umane mediante l'ingegneria inversa delle cellule della pelle. Questo processo ha comportato il prelievo di alcune cellule della pelle di volontari con sindrome di Down e poi riprogrammarle in laboratorio per generare cellule cerebrali.

Quindi ha progettato quei neuroni in modo che la loro attività potesse essere monitorata nel cervello del topo vivo, usando la microscopia a 2 fotoni. I primi autori congiunti, la dott.ssa Raquel Real e il dr. Antonio Trabalza del gruppo dell'Imperial College di Londra, sono riusciti a impiantare questi neuroni umani nel cervello dei topi vivi.

Il dott. De Paola ha spiegato: "Le cellule del cervello umano non solo hanno formato reti complesse, ma hanno anche iniziato a comunicare in un modo molto simile alle normali cellule cerebrali. Speravamo che alcune cellule del cervello umano si sviluppassero all'interno del cervello del topo, ma siamo rimasti sbalorditi nel vedere prosperare le cellule del cervello umano e presto parlare e lavorare insieme. Alla fine le cellule umane costituivano una vasta area nel cervello del topo".

Tuttavia, ha ammonito: "Non è ancora chiaro fino a che punto le cellule cerebrali umane trapiantate assomiglino all'organizzazione e alla complessità delle loro controparti nel cervello umano. Ora dobbiamo indagare su questo con ulteriori esperimenti".

Il team ora spera di perfezionare questa tecnica e usare potenzialmente questo approccio per studiare altre condizioni neurologiche.