Stress-immagine: tipo di neurone preso di mira dal team, la nNOS di tipo uno, colorata in giallo nella figura sopra, è raro rispetto ad altri neuroni nel cervello. Utilizzando il metodo di iniezione, il team è stato in grado di eliminare sistematicamente questi neuroni dal cervello, fornendo informazioni sul loro ruolo. Crediti: Patrick Drew / Penn State
Sebbene le cause esatte delle malattie neurodegenerative cerebrali come l’Alzheimer e la demenza siano ancora in gran parte sconosciute, i ricercatori sono stati in grado di identificare una caratteristica chiave nei cervelli colpiti: la riduzione del flusso sanguigno. Basandosi su questa conoscenza fondamentale, un team della Penn State ha recentemente scoperto che un raro neurone, estremamente vulnerabile allo stress indotto dall’ansia, sembra essere responsabile della regolazione del flusso sanguigno e del coordinamento dell’attività neurale nei topi.
I ricercatori hanno scoperto che l’eliminazione dei neuroni nNOS di tipo uno, che costituiscono meno dell’1% degli 80 miliardi di neuroni del cervello e muoiono se esposti a troppo stress, ha provocato un calo sia del flusso sanguigno che dell’attività elettrica nel cervello dei topi, dimostrando l’impatto che questo tipo di neurone ha sulle corrette funzioni cerebrali degli animali, compresi gli esseri umani.
La ricerca è stata pubblicata su eLife.
Patrick Drew, Professore di ingegneria e meccanica alla Penn State e ricercatore principale del progetto, ha spiegato che, sebbene ogni sezione del cervello sia composta da più di 20 diverse varietà di neuroni, i neuroni nNOS di tipo uno nella corteccia somatosensoriale (la regione che elabora il tatto, la temperatura e altri input sensoriali provenienti dal corpo) svolgono un ruolo fondamentale nello stimolare “l’oscillazione spontanea” delle arterie e delle vene nel cervello.
“Nel cervello, arterie, vene e capillari contribuiscono a far circolare i fluidi dilatandosi e contraendosi costantemente ogni pochi secondi, fenomeno che chiamiamo oscillazione spontanea“, ha affermato Drew. “Precedenti studi del nostro laboratorio hanno dimostrato che i neuroni nNOS sono importanti per la regolazione del flusso sanguigno nel cervello. Dopo aver individuato ed eliminato un sottoinsieme di questi neuroni, abbiamo osservato una significativa riduzione dell’ampiezza di queste oscillazioni”.
Secondo Drew, che collabora anche con i dipartimenti di ingegneria biomedica, neurochirurgia e biologia della Penn State, quando i topi sono esposti a esperienze mentalmente stressanti, questi delicati neuroni possono facilmente morire. Mentre altri ricercatori hanno precedentemente collegato l’invecchiamento a una riduzione delle prestazioni cerebrali e a un aumento del rischio di malattie neurodegenerative, Drew ha affermato che ci sono molte meno ricerche sullo stress e sugli effetti negativi che può avere sul flusso sanguigno.
“Siamo ampiamente interessati a come il flusso sanguigno viene regolato nel cervello, poiché fornisce nutrienti e ossigeno ai neuroni”, ha affermato Drew. “La riduzione del flusso sanguigno è uno dei tanti fattori che contribuiscono alla riduzione della funzionalità cerebrale e alle malattie neurodegenerative. Sebbene sappiamo che l’invecchiamento gioca un ruolo importante in questo, la perdita di questi rari neuroni a causa dello stress cronico potrebbe essere una causa ambientale inesplorata della cattiva salute del cervello“.
Per comprendere cosa accade in assenza di neuroni nNOS di tipo 1 nel cervello, il team ha iniettato nei topi una miscela di saporina, una proteina tossica in grado di uccidere i neuroni, e una catena chimica di amminoacidi nota come peptide, in grado di identificare e legarsi a specifici marcatori genetici emessi dai neuroni nNOS di tipo 1. Questi marcatori differenziano i neuroni nNOS di tipo 1 nel cervello, consentendo ai ricercatori di somministrare sistematicamente saporina ed eliminarli senza danneggiare altri neuroni.
Secondo Drew, il team della Penn State è il primo ad utilizzare questo metodo per colpire questi neuroni specifici. “Sebbene il cervello di un topo non sia un modello perfetto per il cervello umano, gran parte della fisiologia, inclusi tipo e composizione neuronale, coincide”, ha affermato Drew, “quindi questo tipo di lavoro può rivelare informazioni che probabilmente si adattano anche agli esseri umani”.
Dopo l’iniezione nei topi, i ricercatori hanno registrato cambiamenti nell’attività cerebrale e nei comportamenti fisici, come la dilatazione degli occhi e il movimento dei baffi. Il team ha osservato le oscillazioni dei vasi sanguigni cerebrali con una risoluzione micrometrica, circa 100 volte inferiore allo spessore di un capello umano, secondo Drew. I ricercatori hanno anche utilizzato elettrodi e tecniche di imaging avanzate per tracciare le correnti elettriche nel cervello.
“I topi hanno mostrato non solo un flusso sanguigno ridotto, ma anche un’attività neurale più debole in tutto il cervello, a indicare che questi neuroni nNOS di tipo 1 sembrano svolgere un ruolo importante nell’aiutare i neuroni a comunicare tra loro”, ha spiegato Drew. Inoltre, il team ha identificato che queste riduzioni del flusso sanguigno e dell’attività neurale erano più elevate durante il sonno rispetto allo stato di veglia, indicando che questi neuroni potrebbero svolgere un ruolo nel supportare il cervello durante il sonno.
Secondo Drew, l’ottimizzazione di questa procedura fornirà ai ricercatori un modo efficiente e non genetico per studiare più in dettaglio i neuroni nNOS di tipo 1 e gli effetti della loro perdita. Sebbene sia troppo presto per stabilire una connessione diretta tra la ridotta densità di questi neuroni e un aumento del rischio di Alzheimer e demenza, Drew ha affermato che il futuro di questa ricerca si concentrerà sullo studio di come la perdita di questi neuroni interagisca con i fattori di rischio genetici per le malattie.
Fonte: eLife