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Lo sviluppo del cervello non parte da un unico gruppo di cellule, come si è creduto per decenni, ma da due popolazioni distinte che restano separate fin dalle primissime fasi dell’embrione. È questa la conclusione di una ricerca guidata dalla Facoltà di Medicina di Stanford, pubblicata su Nature Neuroscience, che ribalta un modello dato ormai per assodato nei manuali. Il punto non è di poco conto, perché riguarda il modo in cui le diverse regioni cerebrali si formano e, soprattutto, il perché certi tipi di neuroni non siano mai stati coltivati con successo in laboratorio.
Il cervello resta probabilmente l’organo più complicato del corpo umano e molti dei suoi meccanismi restano in ombra. Gran parte del mistero riguarda proprio la sua formazione, cioè come e quando le varie aree si differenziano tra loro. Il modello classico prevedeva una sola popolazione di cellule progenitrici precoci, da cui poi si sarebbero originate tutte le regioni. Una radice comune, insomma, con la diversificazione rimandata a un momento successivo.
Cervello umano: due strade separate già nella gastrulazione
Per verificare l’ipotesi, i ricercatori hanno impostato uno studio a più fasi, partendo da embrioni di topo in via di sviluppo. L’attenzione si è concentrata su una tappa molto precoce chiamata gastrulazione, quando le cellule dell’embrione si organizzano in strati destinati a dare origine ai diversi tessuti e organi. Proprio lì sono emerse due popolazioni di progenitori che restano distinte. Una esprime il gene OTX2 ed è destinata a produrre prosencefalo e mesencefalo. L’altra esprime GBX2 e genera il rombencefalo. I due gruppi risultano mutuamente esclusivi, non si mescolano e non si sovrappongono nelle prime fasi.
Il passo successivo è stato capire se lo stesso schema valesse anche per la nostra specie. In laboratorio sono state modificate cellule staminali pluripotenti umane per portarle in due stati diversi, capaci di imitare popolazioni cellulari molto precoci del sistema nervoso. Alcune hanno assunto caratteristiche dell’ectoderma neurale anteriore, legato alle aree che poi diventeranno prosencefalo e mesencefalo, altre dell’ectoderma neurale posteriore, collegato al rombencefalo.
Neuroni motori coltivati in piastra
Per distinguere le due famiglie, le cellule posteriori sono state marcate con fluorescenza mentre quelle anteriori sono rimaste senza marcatura. Poi le due popolazioni sono state mescolate nella stessa coltura ed esposte a segnali molecolari diversi, che riproducevano le istruzioni ricevute dalle cellule durante lo sviluppo embrionale. Alcuni segnali spingevano verso caratteristiche del prosencefalo, altri del mesencefalo, altri ancora del rombencefalo. L’analisi è avvenuta tramite immunocolorazione, tecnica che permette di individuare proteine specifiche e quindi di capire che tipo di cellula si fosse formata.
Il risultato ha mostrato che in entrambe le popolazioni contano sia lo stato di partenza sia i segnali ricevuti. Con queste informazioni gli scienziati sono riusciti a spingere cellule umane fino a trasformarle in neuroni motori del rombencefalo, verificando la presenza delle proteine tipiche di quel tipo di neurone e anche di attività elettrica, segno che avevano acquisito proprietà funzionali reali.
Un meccanismo antichissimo, dai macachi ai vermi
L’ultima fase ha allargato lo sguardo ad altri modelli animali, per capire se il meccanismo riguardasse i vertebrati in generale. Il processo è stato osservato in macachi, polli e pesci zebra, oltre che nei vermi ghianda. Il confronto tra specie con storie evolutive molto diverse suggerisce che si tratti di un meccanismo molto antico.
“Abbiamo dimostrato per la prima volta che la parte frontale del cervello ha origine da una cellula progenitrice completamente diversa da quella della parte posteriore. La nostra scoperta significa che ora possiamo coltivare neuroni della parte posteriore del cervello, il rombencefalo, in una piastra di Petri e studiarne le funzioni”, ha spiegato Kyle Loh, dottore in Biologia dello sviluppo e professore associato a Stanford.
C’è anche una spiegazione per i fallimenti del passato. “I tentativi precedenti di creare neuroni del rombencefalo probabilmente cercavano di indurre la differenziazione di progenitori del prosencefalo e del mesencefalo verso cellule del rombencefalo, qualcosa che il nostro studio dimostra non essere possibile”, ha osservato Rayyan Jokhai, studente di dottorato e coautore della ricerca.
La prospettiva si apre allo studio di malattie che colpiscono il tronco encefalico, come l’atrofia muscolare spinale e la sclerosi laterale amiotrofica. “Ora disponiamo di un modello per comprendere meglio queste malattie devastanti e lavorare allo sviluppo di terapie rigenerative per combatterle. Questa è una nuova e promettente frontiera nella ricerca sul cervello”, ha aggiunto Jokhai.
Fonte: TecnoAndroid
