Le cellule nervose vengono ripristinate

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

L'espressione popolare "Le cellule nervose non si riprendono" è percepita da tutti fin dall'infanzia come una verità immutabile. Tuttavia, questo assioma non è altro che un mito e nuovi dati scientifici lo confutano.

La natura pone nel cervello in via di sviluppo un margine di sicurezza molto alto: durante l'embriogenesi si forma un grande eccesso di neuroni. Quasi il 70% di loro muore prima della nascita di un bambino. Il cervello umano continua a perdere neuroni dopo la nascita, per tutta la vita. Questa morte cellulare è geneticamente programmata. Naturalmente, non muoiono solo i neuroni, ma anche altre cellule del corpo. Solo tutti gli altri tessuti hanno un'elevata capacità rigenerativa, cioè le loro cellule si dividono, sostituendo i morti.

Il processo di rigenerazione è più attivo nelle cellule dell'epitelio e degli organi ematopoietici (midollo osseo rosso). Ma ci sono cellule in cui i geni responsabili della riproduzione per divisione sono bloccati. Oltre ai neuroni, queste cellule includono le cellule del muscolo cardiaco. Come fanno le persone a conservare l'intelligenza fino all'età molto avanzata, se le cellule nervose muoiono e non si rinnovano?

Una delle possibili spiegazioni: non tutti i neuroni "lavorano" contemporaneamente nel sistema nervoso, ma solo il 10% dei neuroni. Questo fatto è spesso citato nella letteratura popolare e persino scientifica. Ho dovuto discutere ripetutamente questa affermazione con i miei colleghi nazionali e stranieri. E nessuno di loro capisce da dove provenga questa cifra. Ogni cellula vive e "lavora" allo stesso tempo. In ogni neurone, i processi metabolici avvengono continuamente, le proteine vengono sintetizzate, gli impulsi nervosi vengono generati e trasmessi. Lasciando quindi l'ipotesi dei neuroni "a riposo", passiamo ad una delle proprietà del sistema nervoso, cioè alla sua eccezionale plasticità.

Il significato della plasticità è che le funzioni delle cellule nervose morte vengono rilevate dai loro "colleghi" sopravvissuti, che aumentano di dimensioni e formano nuove connessioni, compensando le funzioni perse. L'elevata, ma non infinita efficienza di tale compensazione può essere illustrata dall'esempio del morbo di Parkinson, in cui si ha una graduale morte dei neuroni. Si scopre che fino alla morte di circa il 90% dei neuroni nel cervello, i sintomi clinici della malattia (tremore degli arti, limitazione della mobilità, andatura instabile, demenza) non compaiono, cioè la persona sembra praticamente sana. Ciò significa che una cellula nervosa vivente può sostituire nove morti.

Ma la plasticità del sistema nervoso non è l'unico meccanismo che consente di preservare l'intelligenza fino a tarda età. La natura ha anche un ripiego: l'emergere di nuove cellule nervose nel cervello dei mammiferi adulti, o neurogenesi.

Il primo rapporto sulla neurogenesi è apparso nel 1962 sulla prestigiosa rivista scientifica Science. L'articolo era intitolato "Si stanno formando nuovi neuroni nel cervello dei mammiferi adulti?" Il suo autore, il professor Joseph Altman della Purdue University (USA), con l'aiuto di una corrente elettrica, ha distrutto una delle strutture del cervello del ratto (il corpo genicolato laterale) e vi ha iniettato una sostanza radioattiva che penetra nelle cellule appena emergenti. Pochi mesi dopo, lo scienziato ha scoperto nuovi neuroni radioattivi nel talamo (parte del proencefalo) e nella corteccia cerebrale. Nei sette anni successivi, Altman pubblicò molti altri studi che dimostravano l'esistenza della neurogenesi nel cervello dei mammiferi adulti. Tuttavia, negli anni '60, il suo lavoro causò solo scetticismo tra i neuroscienziati, il loro sviluppo non seguì.

E solo vent'anni dopo la neurogenesi fu "riscoperta", ma già nel cervello degli uccelli. Molti ricercatori di uccelli canori hanno notato che durante ogni stagione degli amori, il canarino maschio Serinus canaria canta una canzone con nuove "ginocchia". Inoltre, non adotta nuovi trilli dai suoi compagni, poiché le canzoni sono state aggiornate anche in isolamento. Gli scienziati hanno iniziato a studiare in dettaglio il principale centro vocale degli uccelli, situato in una sezione speciale del cervello, e hanno scoperto che alla fine della stagione degli amori (nei canarini si verifica in agosto e gennaio), una parte significativa dei neuroni di il centro vocale è morto, probabilmente per eccessivo carico funzionale… A metà degli anni '80, il professor Fernando Notteboom della Rockefeller University (USA) è stato in grado di dimostrare che nei canarini maschi adulti il processo di neurogenesi avviene costantemente nel centro vocale, ma il numero di neuroni formati è soggetto a fluttuazioni stagionali. Il picco della neurogenesi nei canarini si verifica in ottobre e marzo, cioè due mesi dopo la stagione degli amori. Ecco perché la "libreria musicale" delle canzoni del canarino maschio viene regolarmente aggiornata.

Alla fine degli anni '80, la neurogenesi fu scoperta anche negli anfibi adulti nel laboratorio dello scienziato di Leningrado, il professor A. L. Polenov.

Da dove vengono i nuovi neuroni se le cellule nervose non si dividono? La fonte di nuovi neuroni sia negli uccelli che negli anfibi si è rivelata essere cellule staminali neuronali dalla parete dei ventricoli del cervello. Durante lo sviluppo dell'embrione, è da queste cellule che si formano le cellule del sistema nervoso: neuroni e cellule gliali. Ma non tutte le cellule staminali si trasformano in cellule del sistema nervoso: alcune si "nascondono" e aspettano dietro le quinte.

È stato dimostrato che nuovi neuroni derivano da cellule staminali dell'organismo adulto e nei vertebrati inferiori. Tuttavia, ci sono voluti quasi quindici anni per dimostrare che un processo simile si verifica nel sistema nervoso dei mammiferi.

I progressi nelle neuroscienze nei primi anni '90 hanno portato alla scoperta di neuroni "neonato" nel cervello di ratti e topi adulti. Sono stati trovati principalmente nelle parti evolutivamente antiche del cervello: i bulbi olfattivi e la corteccia ippocampale, che sono i principali responsabili del comportamento emotivo, della risposta allo stress e della regolazione delle funzioni sessuali dei mammiferi.

Proprio come negli uccelli e nei vertebrati inferiori, nei mammiferi, le cellule staminali neuronali si trovano vicino ai ventricoli laterali del cervello. La loro trasformazione in neuroni è molto intensa. Nei ratti adulti, circa 250.000 neuroni vengono formati da cellule staminali al mese, sostituendo il 3% di tutti i neuroni nell'ippocampo. La durata della vita di tali neuroni è molto alta - fino a 112 giorni. Le cellule staminali neuronali viaggiano a lungo (circa 2 cm). Sono anche in grado di migrare verso il bulbo olfattivo, trasformandosi lì in neuroni.

I bulbi olfattivi del cervello dei mammiferi sono responsabili della percezione e dell'elaborazione primaria di vari odori, incluso il riconoscimento dei feromoni, sostanze che nella loro composizione chimica sono vicine agli ormoni sessuali. Il comportamento sessuale nei roditori è regolato principalmente dalla produzione di feromoni. L'ippocampo si trova sotto gli emisferi cerebrali. Le funzioni di questa struttura complessa sono associate alla formazione della memoria a breve termine, alla realizzazione di determinate emozioni e alla partecipazione alla formazione del comportamento sessuale. La presenza di neurogenesi costante nel bulbo olfattivo e nell'ippocampo nei ratti è spiegata dal fatto che nei roditori queste strutture sopportano il carico funzionale principale. Pertanto, le cellule nervose in esse spesso muoiono, il che significa che devono essere rinnovate.

Per capire quali condizioni influenzano la neurogenesi nell'ippocampo e nel bulbo olfattivo, il professor Gage della Salk University (USA) ha costruito una città in miniatura. I topi giocavano lì, facevano educazione fisica, cercavano uscite dai labirinti. Si è scoperto che nei topi "urbani" nuovi neuroni sono sorti in numero molto maggiore rispetto ai loro parenti passivi, impantanati in una vita di routine in un vivaio.

Le cellule staminali possono essere rimosse dal cervello e trapiantate in un'altra parte del sistema nervoso, dove diventano neuroni. Il professor Gage e i suoi colleghi hanno condotto diversi esperimenti simili, il più impressionante dei quali è stato il seguente. Una sezione di tessuto cerebrale contenente cellule staminali è stata trapiantata nella retina distrutta di un occhio di ratto. (La parete interna dell'occhio sensibile alla luce ha un'origine "nervosa": è costituita da neuroni modificati - bastoncelli e coni. Quando lo strato fotosensibile viene distrutto, subentra la cecità.) Le cellule staminali cerebrali trapiantate si sono trasformate in neuroni retinici, i loro processi hanno raggiunto il nervo ottico e il topo ha riacquistato la vista! Inoltre, durante il trapianto di cellule staminali cerebrali in un occhio intatto, non si sono verificate trasformazioni con esse. Probabilmente, quando la retina è danneggiata, vengono prodotte alcune sostanze (ad esempio i cosiddetti fattori di crescita) che stimolano la neurogenesi. Tuttavia, l'esatto meccanismo di questo fenomeno non è ancora chiaro.

Gli scienziati hanno dovuto affrontare il compito di dimostrare che la neurogenesi si verifica non solo nei roditori, ma anche negli esseri umani. A tal fine, i ricercatori sotto la guida del professor Gage hanno recentemente svolto un lavoro sensazionale. In una delle cliniche oncologiche americane, un gruppo di pazienti con neoplasie maligne incurabili ha assunto il farmaco chemioterapico bromodiossiuridina. Questa sostanza ha una proprietà importante: la capacità di accumularsi nelle cellule in divisione di vari organi e tessuti. La bromodiossiuridina è incorporata nel DNA della cellula madre ed è immagazzinata nelle cellule figlie dopo che le cellule della madre si dividono. La ricerca patologica ha dimostrato che i neuroni contenenti bromodiossiuridina si trovano in quasi tutte le parti del cervello, compresa la corteccia cerebrale. Quindi questi neuroni erano nuove cellule emerse dalla divisione delle cellule staminali. Il ritrovamento ha confermato incondizionatamente che il processo di neurogenesi si verifica anche negli adulti. Ma se nei roditori la neurogenesi si verifica solo nell'ippocampo, allora nell'uomo è probabile che possa catturare aree più estese del cervello, inclusa la corteccia cerebrale. Recenti studi hanno dimostrato che nuovi neuroni nel cervello adulto possono essere formati non solo da cellule staminali neuronali, ma anche da cellule staminali del sangue. La scoperta di questo fenomeno ha causato euforia nel mondo scientifico. Tuttavia, la pubblicazione sulla rivista "Nature" nell'ottobre 2003 ha raffreddato le menti entusiaste in molti modi. Si è scoperto che le cellule staminali del sangue penetrano effettivamente nel cervello, ma non si trasformano in neuroni, ma si fondono con loro, formando cellule binucleari. Quindi il "vecchio" nucleo del neurone viene distrutto e viene sostituito dal "nuovo" nucleo della cellula staminale del sangue. Nel corpo del ratto, le cellule staminali del sangue si fondono principalmente con le cellule giganti del cervelletto - cellule di Purkinje, anche se questo accade abbastanza raramente: solo poche cellule unite si possono trovare nell'intero cervelletto. La fusione più intensa dei neuroni si verifica nel fegato e nel muscolo cardiaco. Non è ancora chiaro quale sia il significato fisiologico di questo. Una delle ipotesi è che le cellule staminali del sangue portino con sé nuovo materiale genetico, che, entrando nella "vecchia" cellula cerebellare, ne prolunga la vita.

Quindi, nuovi neuroni possono nascere dalle cellule staminali anche nel cervello adulto. Questo fenomeno è già ampiamente utilizzato per trattare varie malattie neurodegenerative (malattie accompagnate dalla morte dei neuroni nel cervello). Le preparazioni di cellule staminali per il trapianto si ottengono in due modi. Il primo è l'uso di cellule staminali neuronali, che sia nell'embrione che nell'adulto si trovano intorno ai ventricoli del cervello. Il secondo approccio è l'uso di cellule staminali embrionali. Queste cellule si trovano nella massa cellulare interna in una fase iniziale della formazione dell'embrione. Sono in grado di trasformarsi in quasi tutte le cellule del corpo. La sfida più grande nel lavorare con le cellule embrionali è farle trasformare in neuroni. Le nuove tecnologie consentono di farlo.

Alcuni ospedali negli Stati Uniti hanno già formato "biblioteche" di cellule staminali neuronali ottenute da tessuto embrionale e vengono trapiantate nei pazienti. I primi tentativi di trapianto stanno dando risultati positivi, anche se oggi i medici non riescono a risolvere il problema principale di tali trapianti: la moltiplicazione dilagante delle cellule staminali nel 30-40% dei casi porta alla formazione di tumori maligni. Non è stato ancora trovato alcun approccio per prevenire questo effetto collaterale. Ma nonostante questo, il trapianto di cellule staminali sarà senza dubbio uno dei principali approcci nel trattamento di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson, che sono diventate la piaga dei paesi sviluppati.