Capire come funziona l’olfatto è stata per decenni una delle sfide più ostinate della neuroscienza. Vista, udito, tatto, per tutti questi sensi esistono da tempo mappe precise che tracciano il percorso dei segnali dal corpo al cervello. Per l’olfatto, invece, niente di simile. Non perché nessuno ci avesse provato, ma perché il sistema olfattivo ha una complessità fuori scala. Oltre mille tipi diversi di recettori e venti milioni di neuroni solo nel naso di un topo. Un caos biologico che sembrava impossibile da ordinare. Fino a oggi, perché un team di ricerca di Harvard è riuscito finalmente a disegnare quella mappa mancante.
La scoperta è notevole. I neuroni olfattivi non sono distribuiti a caso nella cavità nasale, come si pensava da decenni. Formano invece un codice spaziale fatto di fasce sovrapposte, organizzate per tipo di recettore, che si estendono dalla parte superiore a quella inferiore del naso. E questo schema è praticamente identico in tutti gli animali studiati: si tratta di un’architettura biologica conservata e riproducibile. La parte davvero sorprendente? Questa disposizione a bande rispecchia fedelmente la mappa del bulbo olfattivo nel cervello. Esiste cioè una continuità topografica: la posizione di un neurone nel naso determina con precisione a quale zona del cervello invierà il proprio segnale. In pratica, il cervello “legge” gli odori basandosi anche sulla posizione geografica della cellula che ha intercettato la molecola.
Perché questa mappa dell’olfatto è così importante
Questa scoperta non è solo elegante dal punto di vista scientifico. Ha implicazioni concrete, soprattutto per chi ha perso l’olfatto. Attualmente non esistono trattamenti efficaci per la perdita di questo senso, un problema che il COVID-19 ha reso drammaticamente visibile. Conoscere il disegno originale del sistema permette ai ricercatori di capire perché le connessioni saltano dopo un trauma o un’infezione virale. Senza comprendere l’architettura, qualsiasi tentativo di rigenerazione procede alla cieca. Come sottolinea Sandeep Robert Datta, neurobiologo del Blavatnik Institute di Harvard e responsabile principale dello studio, senza questa mappa gli sforzi per sviluppare nuovi trattamenti sarebbero destinati a fallire.
Per dare un’idea della complessità in gioco: il sistema olfattivo di un topo conta 20 milioni di neuroni, ciascuno dei quali esprime uno tra più di mille tipi di recettori diversi. La visione a colori degli esseri umani, per confronto, si regge su appena tre tipi di fotorecettori. Linda Buck e Richard Axel avevano scoperto i recettori olfattivi nel 1991, una scoperta che valse loro il Premio Nobel per la medicina nel 2004, ma quel lavoro spiegava cosa rileva gli odori, non dove né come si organizzano quei rilevatori.
Come è stata costruita la mappa e quali sono i limiti
Il team di Harvard ha analizzato circa 5,5 milioni di neuroni provenienti da oltre 300 topi, combinando due tecniche: la sequenziazione unicellulare, per sapere quale recettore esprime ciascun neurone, e la transcrittomica spaziale, per localizzarne la posizione esatta nel tessuto. Lo studio ha anche individuato il meccanismo che costruisce questa mappa: l’acido retinoico. Manipolando i gradienti chimici di questa sostanza durante lo sviluppo embrionale, i ricercatori hanno osservato che le fasce dei recettori si spostavano, confermando che l’acido retinoico funziona come una sorta di GPS molecolare, capace di indicare a ogni neurone dove posizionarsi e quale recettore esprimere.
Ci sono però limitazioni importanti. Lo studio è stato condotto su topi, e come riconosce lo stesso team, non è ancora chiaro se la medesima organizzazione valga anche per gli esseri umani. Gli umani possiedono circa 350 recettori funzionali contro gli oltre 1.000 del topo, e l’anatomia nasale è diversa. L’esistenza di queste fasce nel naso umano deve ancora essere verificata sperimentalmente. Inoltre, la mappa spiega il dove, ma non ancora del tutto il perché di quell’ordine specifico. Non si sa se le fasce siano raggruppate in base alla struttura chimica degli odori o alla loro rilevanza biologica, come distinguere l’odore del cibo da quello di un pericolo. Risolvere quale logica governa quell’ordine è la prossima grande sfida.