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Ricerche

Scienziati ringiovaniscono il cervello di topo con ketamina o luce pulsante

Microglia green and Perineuronal Net magenta c IST Austria Microglia (verde) e rete perineuronale (magenta). Fonte: IST Austria In periodi di sviluppo definiti, il cervello riorganizza le connessioni tra i suoi neuroni in modo più libero rispetto alla sua forma adulta.


I ricercatori che collaborano con Sandra Siegert all'Istituto di Scienze e Technology (IST) in Austria hanno ora scoperto due metodi per riaprire tale plasticità: anestesia di ketamina ripetuta e luce pulsante a  60 Hertz non invasiva.


La rivista Cell Reports ha pubblicato i risultati dello studio, che hanno il potenziale di diventare uno strumento terapeutico applicabile agli umani.


Riesci a ricordare l'odore dei fiori nel giardino della nonna o il motivetto che il nonno fischiettava sempre? Alcuni ricordi d'infanzia sono apparentemente incisi nel tuo cervello. Infatti, ci sono periodi critici in cui il cervello impara e salva routine e ricordi cognitivi profondi. La struttura responsabile del salvataggio è chiamata 'rete perineuronale'.


Questa struttura extracellulare avvolge determinati neuroni, stabilizzando così le connessioni esistenti (sinapsi) tra di loro e impedendo di formarne di nuove. E se potessimo rimuovere la rete perineuronale e ripristinare l'adattabilità di un cervello giovane? La neuroscienziata Sandra Siegert e il suo gruppo di ricerca dell'IST Austria hanno ora pubblicato due tecniche promettenti per farlo.

 

Farmaco ketamina o luci pulsanti

Tutto è iniziato 4 anni fa quando i ricercatori dell'IST Austria hanno scoperto che le cellule microglia nei topi diventano molto reattive dopo che gli animali sono stati anestetizzati con il farmaco ketamina. Le microglia sono di solito considerate le cellule immunitarie del cervello, e tuttavia studi recenti hanno dimostrato che interagiscono anche con i neuroni. Le microglia reattive hanno la capacità di mangiare sinapsi e persino interi neuroni, come si vede spesso nelle fasi tardive dell'Alzheimer.


"La risposta forte delle microglia dopo l'anestesia con ketamina ci ha sorpreso", spiega Alessandro Venturino, primo autore dello studio, del gruppo della Siegert. "Ma non abbiamo visto svanire né sinapsi né neuroni morti. Quindi, eravamo perplessi su cosa stavano in realtà mangiando le microglia". Si è scoperto che è la rete perineuronale, che protegge e stabilizza le connessioni tra i neuroni.


"Alessandro è venuto nel mio ufficio e mi ha detto che la rete perineuronale era sparita. Non riuscivo a crederci", ricorda la Siegert. Avevano applicato dosaggi anestetici ripetuti di ketamina ai topi. La ketamina è un farmaco essenziale per la chirurgia umana ed è stato anche approvato di recente per il trattamento dei sintomi psichiatrici. "Dopo solo tre trattamenti, abbiamo vesto una perdita considerevole nella rete perineuronale, che è durata per sette giorni prima di essere ricostruita".


Quando la Siegert ha condiviso i risultati con Mark Bear, neuroscienziato collaborante del Massachusetts Institute of Technology (MIT), anche lui è rimasto stupito e incuriosito dal potenziale di questa scoperta. "In biologia, raramente testimoni una situazione così bianco-e-nero", continua Siegert. "Eppure, la ciliegia in cima alla torta era l'effetto della luce pulsante a 60-Hertz".


I neuroni comunicano inviando impulsi elettrici l'uno all'altro. Questi sono coordinati per creare onde di segnali - le cosiddette onde cerebrali - che possono essere influenzate da informazioni sensoriali esterne, ad esempio dalla luce che splende negli occhi.


"Era stato già dimostrato che la luce che pulsa 40 volte al secondo (40 hertz) può indurre le microglia a rimuovere le placche dell'Alzheimer. Ma non aveva rimosso la rete perineuronale"
, spiega Venturino. Ma quando gli scienziati hanno poi messo i topi in scatole con luce pulsante 60 volte al secondo, ha avuto un effetto simile ai trattamenti con ketamina. "Questa regolazione fine tra onde cerebrali distinte e l'azione delle microglia è molto affascinante e potrebbe essere un nuovo modo di pensare alle onde cerebrali".

 

Cautela e possibilità

Le strategie stabilite in precedenza per rimuovere la rete perineuronale hanno lunga durata e sono estremamente invasive. Il trattamento con ketamina ad alto dosaggio, e ancora di più con luce pulsante a 60-Hertz è pochissimo invasivo. Pertanto, potrebbe aprire nuovi approcci terapeutici negli umani.


Una volta allentato il blocco della rete perineuronale nel cervello, i neuroni sono di nuovo sensibili a nuovi stimoli e si possono formare nuove sinapsi. "Ma non è che prendi ketamina come un farmaco e diventi intelligente", sottolinea Venturino.


Ripristinando la plasticità, si potrebbero potenzialmente sovrascrivere le esperienze traumatiche e trattare il disturbo da stress post-traumatico. "Ma siamo molto cauti perché in questa finestra formativa potrebbe accadere anche qualcosa di traumatico", dice la Siegert. "Probabilmente non è nemmeno una buona idea spararti luce pulsante".


Ci sono varie applicazioni possibili per questi trattamenti, una è l'ambliopia, chiamata anche 'occhio pigro'. Questo disturbo della vista è causato da un stimolo visivo sbilanciato durante lo sviluppo di un bambino e, se non trattato, porta a perdita permanente della vista. Un altro punto che i ricercatori vogliono studiare sono i meccanismi molecolari dietro la loro scoperta, che non sono ancora completamente chiari. Venturino la mette in poche parole: "C'è molto da esplorare".

 

 

Alimentare le microglia. Due cellule di microglia (verde) con al loro interno parti della rete perineuronale (magenta) che hanno mangiato. Questo comportamento non è stato osservato in condizioni di controllo senza chetamina. © Ist Austria.

Microglia entrano nella rete perineuronale. Una microglia (verde) scava un foro nella rete perineuronale (magenta). Questo comportamento non è stato osservato in condizioni di controllo senza chetamina. © Ist Austria.

 

 

 


Fonte: Institute of Science and Technology Austria (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Alessandro Venturino, Rouven Schulz, Héctor De Jesús-Cortés, Margaret Maes, Bálint Nagy, Francis Reilly-Andújar, Gloria Colombo, Ryan John Cubero, Florianne Schoot Uiterkamp, Mark Bear, Sandra Siegert. Microglia enable mature perineuronal nets disassembly upon anesthetic ketamine exposure or 60-Hz light entrainment in the healthy brain. Cell Reports, 2021, DOI

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