Immagine di astrociti fornita dagli autori della ricerca.

Nuove informazioni sull'architettura del cervello sono state rivelate da scienziati del Wellcome Sanger Institute, del Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute e dai loro collaboratori. I ricercatori hanno scoperto nei topi che gli astrociti, cellule della corteccia cerebrale, sono più diversificati di quanto si pensasse, con strati distinti di astrociti in tutta la corteccia cerebrale che sono la prova più forte a tutt'oggi della loro specializzazione in tutto il cervello.

Lo studio più approfondito nel suo genere, pubblicato il 16 marzo 2020 su Nature Neuroscience, è destinato a cambiare il nostro modo di pensare al cervello e al ruolo delle cellule, come gli astrociti. Questa conoscenza avrà implicazioni per lo studio dei disturbi neurologici, come l'Alzheimer, la sclerosi multipla e l'autismo.

Negli ultimi 20 anni, la ricerca ha dimostrato che le cellule gliali sono attori cruciali nello sviluppo e nella funzionalità del cervello, così come obiettivi promettenti per capire meglio i disturbi neurologici.

‘Glia’ deriva dalla parola greca che significa ‘colla’ o ‘stucco’. Un tempo, le cellule gliali erano ritenute 'stucco del cervello', cellule passive e funzionalmente simili la cui unica funzione era di riempire lo spazio intorno all'«unica cosa importante», i neuroni. Tuttavia, nuovi studi stanno mostrando la loro importanza cruciale nel regolare le funzioni dei neuroni. Gli astrociti sono un tipo di cellule gliali, e sono chiamati così per la loro struttura ‘a stella’ (*).

Nonostante la ricchezza di conoscenze sulla funzione dei neuroni e sulla loro organizzazione in strati, prima di questo studio c'è stata poca ricerca per capire se le cellule gliali nei vari strati hanno proprietà diverse. Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio metodologico per fornire una visione più dettagliata dell'organizzazione degli astrociti.

Per mappare come nuovi geni sono espressi all'interno del tessuto, è stata effettuata la scansione dell'acido nucleico su campioni di cervello umano e di topo all'Università di Cambridge. Queste mappe sono state combinate con dati genomici di singole cellule del Wellcome Sanger Institute, per estendere la descrizione molecolare degli astrociti. Questi insiemi di dati sono stati poi combinati per creare un'immagine tridimensionale ad alta risoluzione degli astrociti nella corteccia cerebrale.

Il team ha scoperto che gli astrociti non sono uniformi come si pensava, ma prendono forme molecolari distinte a seconda della loro posizione nella corteccia cerebrale. E hanno scoperto anche che gli astrociti sono organizzati in più strati, ma che i confini degli strati di astrociti non sono identici agli strati neuronali. Al contrario, gli strati di astrociti hanno bordi definiti meno nettamente e si sovrappongono agli strati di neuroni.

Il dott. Omer Bayraktar, capo del gruppo del Wellcome Sanger Institute, ha detto: “La scoperta che gli astrociti sono organizzati in strati che sono simili, ma non identici, agli strati neuronali ridefinisce la nostra visione della struttura del cervello dei mammiferi. La struttura della corteccia cerebrale non può più essere vista semplicemente come la struttura dei neuroni. Se si vuole capire bene come lavora il nostro cervello, è necessario considerare come sono organizzati gli astrociti e quale ruolo hanno”.

Oltre ad aumentare la nostra comprensione della biologia del cervello, queste scoperte avranno implicazioni per lo studio e il trattamento dei disturbi neurologici umani. Negli ultimi dieci anni sono le cellule gliali, piuttosto che i neuroni, ad essere state pesantemente implicate in malattie come l'Alzheimer e la sclerosi multipla.

Il professor David Rowitch, capo di Pediatria dell'Università di Cambridge, ha detto: “Questo studio dimostra che l'architettura corticale è più complessa di quanto si pensasse. Esso fornisce una base per iniziare a capire i ruoli precisi interpretati dagli astrociti, e come sono coinvolti nello sviluppo neurologico umano e nelle malattie neurodegenerative“.

(*) Solo la metà delle cellule della corteccia cerebrale umana sono neuroni, l'altra metà sono cellule gliali, che comprendono gli astrociti. I segnali molecolari che forniscono gli astrociti sono essenziali per formare le sinapsi (punti di comunicazione) tra i neuroni. Essi regolano la formazione delle sinapsi nel cervello in sviluppo, e le migliorano in quello più maturo, 'potando' quelle in più, per ‘scolpire’ le reti neuronali.

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