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Batteri intestinali influenzano lo sviluppo del cervello

(Batteri intestinali-Immagine Credit Public Domain).

I neonati estremamente prematuri sono ad alto rischio di danni cerebrali. I ricercatori dell’Università di Vienna e dell’Università di Medicina di Vienna hanno ora trovato possibili bersagli per il trattamento precoce di tali danni: i batteri nell’intestino dei neonati prematuri possono svolgere un ruolo chiave. Il team di ricerca ha scoperto che la crescita eccessiva del tratto gastrointestinale con il batterio Klebsiella è associata a una maggiore presenza di alcune cellule immunitarie e allo sviluppo di danni neurologici nei bambini prematuri. 

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Cell Host & Microbe.

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Spiegano gli autori:

L’incidenza della nascita prematura è in aumento in tutto il mondo ed è una delle principali cause di morbilità e mortalità perinatale. Sebbene i recenti progressi nella terapia intensiva neonatale abbiano aumentato la sopravvivenza dei neonati estremamente prematuri (età gestazionale < 28 settimane), il numero di sopravvissuti con grave morbilità e compromissione dello sviluppo neurologico permanente rimane elevato. Il terzo trimestre di gravidanza è un periodo critico per l’instaurazione, il perfezionamento e la maturazione della connettività del cervello umano, che determina il successivo potenziale cognitivo. I neonati estremamente prematuri nascono sull’orlo del terzo trimestre e il loro circuito neurale è quindi stabilito di fronte a molteplici segnali ambientali e insulti associati alla vita extrauterina pretermine. Un inevitabile indizio ambientale è l’immediata colonizzazione postnatale del corpo da parte di microrganismi. Il microbiota intestinale stabile è in contatto con una pluralità di neuroni del sistema nervoso enterico. Prove crescenti suggeriscono che durante il periodo della prima infanzia, i microrganismi enterici partecipano alla segnalazione bidirezionale tra il tratto gastrointestinale (GIT) e il cervello. Questa comunicazione reciproca tra i procarioti e il sistema nervoso centrale umano (SNC) viene stabilita tramite l’asse intestino-cervello, per cui le fibre parasimpatiche del nervo vago sono direttamente esposte ai batteri e ai loro metaboliti, mentre il sistema immunitario e il sistema endocrino mediano la diafonia indiretta. Il cervello in via di sviluppo dei neonati prematuri è particolarmente a rischio di soffrire di danno perinatale della sostanza bianca (PWMI), che può manifestarsi come emorragia intraventricolare (IVH), leucomalacia periventricolare (PVL) o danno diffuso della sostanza bianca (DWMI). È ormai ampiamente accettato che l’infezione perinatale e l’infiammazione associata siano coinvolte nella fisiopatologia della PWMI e possano peggiorare l’esito delle lesioni cerebrali  con conseguente morbilità permanente come ritardo cognitivo e motorio, paralisi cerebrale, disturbi neurosensoriali e anomalie comportamentali come disturbo da deficit di attenzione e iperattività e difficoltà di apprendimento. Una relazione equilibrata tra il sistema immunitario in via di sviluppo e il microbiota intestinale è fondamentale per prevenire un’eccessiva infiammazione. Tuttavia, l’instaurazione di una relazione mutualistica tra il microbiota intestinale e il suo ospite sembra essere compromessa nei neonati estremamente prematuri, nonostante la somministrazione quotidiana di probiotici in molte unità di terapia neointensiva (NICU). Non è chiaro se questa compromissione dello sviluppo nella prima infanzia sia dovuta alle cure mediche intensive fornite a questa coorte di pazienti vulnerabile, o se mancano alcuni segnali immunologici previsti e richiesti“. 

Lo sviluppo precoce dell’intestino, del cervello e del sistema immunitario sono strettamente correlati. I ricercatori si riferiscono a questo come asse intestino-immunità-cervello. I batteri nell’intestino cooperano con il sistema immunitario, che a sua volta monitora i microbi intestinali e sviluppa risposte appropriate ad essi. Inoltre, l’intestino è in contatto con il cervello tramite il nervo vago e il sistema immunitario.

“Abbiamo studiato il ruolo che questo asse svolge nello sviluppo del cervello dei neonati prematuri estremi“, afferma il primo autore dello studio, David Seki. “I microrganismi del microbioma intestinale, che è una raccolta vitale di centinaia di specie di batteri, funghi, virus e altri microbi, sono in equilibrio nelle persone sane. Tuttavia, specialmente nei bambini prematuri, il cui sistema immunitario e il microbioma non sono stati in grado di per svilupparsi completamente, è molto probabile che si verifichino cambiamenti. Questi cambiamenti possono avere effetti negativi sul cervello“, spiega il microbiologo e immunologo.

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Vedi anche:Crohn: alcuni batteri intestinali causano infiammazione

I modelli nel microbioma forniscono indizi sul danno cerebrale

“In effetti, siamo stati in grado di identificare alcuni modelli nel microbioma e nella risposta immunitaria che sono chiaramente collegati alla progressione e alla gravità della lesione cerebrale“, aggiunge David Berry, microbiologo e capo del gruppo di ricerca presso il Center for Microbiology and Environmental Systems Science (CMESS) presso l’Università di Vienna nonché Direttore Operativo della Joint Microbiome Facility dell’Università di Medicina di Vienna e dell’Università di Vienna. “Fondamentalmente, tali schemi spesso si manifestano prima dei cambiamenti nel cervello. Ciò suggerisce una finestra temporale critica durante la quale si può impedire o addirittura evitare che il danno cerebrale di neonati estremamente prematuri peggiori“.

Studio completo sullo sviluppo di neonati estremamente prematuri

I punti di partenza per lo sviluppo di terapie appropriate sono forniti dai biomarcatori che il team interdisciplinare è stato in grado di identificare. “I nostri dati mostrano che la crescita eccessiva di batteri intestinali come il batterio Klebsiella e i livelli elevati associati di cellule γδ-T possono apparentemente esacerbare il danno cerebrale“, spiega Lukas Wisgrill, neonatologo della Divisione di Neonatologia, Medicina Intensiva Pediatrica e Neuropediatria presso il Dipartimento di Pediatria e Medicina dell’adolescenza presso l’Università di Medicina di Vienna.

“Siamo stati in grado di rintracciare questi schemi perché, per un gruppo molto specifico di neonati, per la prima volta abbiamo esplorato in dettaglio come si sviluppano il microbioma intestinale, il sistema immunitario e il cervello e come interagiscono in questo processo“, aggiunge. Lo studio ha monitorato un totale di 60 neonati prematuri, nati prima delle 28 settimane di gestazione e di peso inferiore a 1 chilogrammo, per diverse settimane o addirittura mesi. Utilizzando metodi all’avanguardia – il team ha esaminato il microbioma utilizzando il sequenziamento del gene 16S rRNA, tra gli altri metodii ricercatori hanno analizzato campioni di sangue e feci, registrazioni delle onde cerebrali (ad esempio aEEG) e immagini MRI del cervello dei bambini.

Astratto grafico

 

La ricerca continua con due studi

Lo studio, che è un progetto cluster interuniversitario sotto la guida congiunta di Angelika Berger (Università di Medicina di Vienna) e David Berry (Università di Vienna), è il punto di partenza per un progetto di ricerca che studierà il microbioma e il suo significato per la sviluppo neurologico dei bambini nati prematuramente in modo ancora più approfondito. Inoltre, i ricercatori continueranno a seguire i figli dello studio iniziale.

“Il modo in cui le capacità motorie e cognitive dei bambini si sviluppano diventa evidente solo dopo diversi anni”, spiega Angelika Berger. “Miriamo a capire come si svolge a lungo termine questo primissimo sviluppo dell’asse intestino-immunità-cervello”. I più importanti partner di cooperazione per il progetto sono già a bordo: “I genitori dei bambini ci hanno supportato nello studio con grande interesse e apertura”, afferma David Seki. “In definitiva, questo è l’unico motivo per cui siamo stati in grado di ottenere queste importanti intuizioni. Siamo molto grati per questo”.

Fonte:Cell Host & Microbe

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