Un nuovo modello organoide per lo studio del cervello umano
Ricercatori di Milano-Bicocca, di Human Technopole e dell’Istituto di Biotecnologia Molecolare hanno messo a punto un nuovo metodo per assemblare organoidi cerebrali che consente di riprodurre in vitro aspetti salienti della polarità antero-posteriore della corteccia cerebrale umana e che apre nuove possibilità per lo studio delle malattie. Lo studio è pubblicato su Nature Methods.
Milano, 18 settembre 2024 – Lo studio del cervello umano da oggi ha uno strumento in più, efficace e dal design innovativo. Si tratta di un nuovo modello 3D di organoide cerebrale, che darà agli scienziati la possibilità di avere uno sguardo più approfondito sullo sviluppo e sui disturbi del cervello specifici dell’uomo, in particolare quelli che hanno radici nelle fasi precoci di sviluppo come l’autismo.
Il nuovo modello è illustrato nello studio “A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids” appena pubblicato su Nature Methods, ed è frutto del lavoro congiunto di un gruppo internazionale di ricercatori, guidato dalla dott.ssa Veronica Krenn, titolare della borsa di studio Human Technopole Early Career presso Milano-Bicocca, in collaborazione con il team guidato dal professore Jürgen Knoblich dell’Istituto di Biotecnologia Molecolare dell’Accademia Austriaca di Scienze (IMBA) di Vienna e il team guidato dal Professor Giuseppe Testa di Human Technopole di Milano.
Le tecnologie organoidi, inizialmente sviluppate dal team del Prof. Knoblich dell’IMBA, sono modelli tridimensionali derivati da cellule staminali pluripotenti e ad oggi ampiamente utilizzati in tutto il mondo per studiare lo sviluppo del cervello umano, per rispondere a domande fondamentali su come la corteccia umana possa raggiungere le sue grandi dimensioni e per conoscere l’origine delle malattie del cervello.
Fino ad oggi, gli organoidi corticali utilizzati erano sferici, come palloni da calcio in miniatura e relativamente omogenei. Questo tipo di struttura è molto diverso dalla corteccia umana oblunga e strutturata in una mappa di domini distinti andando dalla parte frontale a quella più posteriore. Per questo, ora i ricercatori hanno sviluppato un nuovo protocollo per generare organoidi allungati organizzati in domini distinti lungo l’asse longitudinale, in modo analogo alla polarità della corteccia.
La mappa del cervello in formazione è modellata da diverse molecole di segnalazione, i cosiddetti morfogeni, quindi è difficile capire in che modo ciascun componente contribuisce allo sviluppo individualmente. Nel nuovo metodo ora sviluppato, i ricercatori hanno prima progettato organoidi allungati utilizzando stampi appositamente disegnati da collaboratori presso l’Università di Parigi e Istituto Curie, e poi hanno aggiunto una fonte di un morfogeno chiamato FGF8.
«Questa singola fonte di morfogeno, posizionata asimmetricamente, è sufficiente a creare cellule con identità distinte lungo l’asse longitudinale di un singolo organoide allungato, formando una mappa simile a quella della corteccia umana negli stadi molto precoci di sviluppo – spiega la dott.ssa Veronica Krenn, uno dei principali autori dello studio – Utilizzando il nuovo modello, i ricercatori sono riusciti ad identificare uno dei fattori cruciali per la creazione di questa mappa della corteccia, il gene FGFR3, le cui mutazioni sono la causa di una displasia scheletrica – chiamata achondroplasia.»
«Questi organoidi corticali polarizzati – conclude Krenn – rappresentano un importante passo avanti nella riproduzione in laboratorio delle prime fasi alla base dello sviluppo della corteccia. Siamo molto entusiasti di poter utilizzare questa nuova tecnologia per approfondire i meccanismi di geni malattia e come i fattori di rischio che contribuiscono all’insorgere di malattie mentali possono alterare questi processi cruciali.»
IL “DISANCORAGGIO” DELL’ATTENZIONE NEI BAMBINI DI 8 MESI PREDIRREBBE LE LORO FUTURE CAPACITÀ SOCIALI: distogliere lentamente l’attenzione da un evento può essere alla base di una minore interazione e comunicazione futura
Pubblicato sul numero speciale di «Cerebral Cortex», dedicato alle basi biologiche dell’autismo, lo studio del team di ricercatori delle università di Padova, Milano, Lecco, Bergamo e Trento.
La ricerca scientifica da tempo mira a comprendere i circuiti neurali alla base delle nostre capacità sociali, il cosiddetto “cervello sociale”, la cui alterazione potrebbe essere alla base dell’autismo, un disturbo dello sviluppo, caratterizzato da comportamenti ristretti e stereotipati e da difficoltà socio-comunicative. Una precoce alterazione dell’attenzione potrebbe essere una delle principali cause di una disfunzione della comunicazione e delle capacità sociali. L’attenzione è quel meccanismo neurale che guida le nostre azioni e la nostra percezione. In particolare, la capacità di distogliere la nostra attenzione, detta anche “disancoraggio”, permette all’infante di spostare il suo interesse dall’evento che ha catturato la sua attenzione, promuovendo, quindi, l’esplorazione più efficiente del mondo circostante in cui può scoprire l’altro, cioè colui che lo cura e lo accudisce, o un suo pari con il quale interagire.
Distogliere troppo lentamente l’attenzione da un evento all’altro può essere alla base di una minore interazione futura? Può cioè determinare il futuro sviluppo delle capacità sociali? Nei bambini di 8 mesi si può già vedere questo disturbo nel disancoraggio? Può questa essere una “spia” precoce del loro successivo sviluppo comunicativo e sociale, che gioca un ruolo chiave in alcuni disturbi del neurosviluppo, principalmente l’autismo?
Queste le premesse all’articolo dal titolo “Infants’ reorienting efficiency depends on parental autistic traits and predicts future socio-communicative behaviors” pubblicato sulla rivista «Cerebral Cortex» in un numero speciale dedicato alle basi biologiche dell’autismo e realizzato da un team di ricercatori coordinati dall’Università di Padova.
«Abbiamo – spiega Luca Ronconi della Facoltà di Psicologia dell’Università Vita-Salute San Raffaele di Milano e primo autore della ricerca – preso in esame un ampio campione di bambini a sviluppo tipico di soli 8 mesi e valutato se, in alcuni, fosse presente un rallentamento nel meccanismo di disancoraggio dell’attenzione. Lo scopo di enucleare questa “spia” nei bimbi in giovanissima età era quello di predire il loro successivo sviluppo comunicativo e sociale a distanza di più di un anno».
Luca Ronconi
«Ci siamo poi chiesti – aggiunge Simone Gori del Dipartimento di Scienze Umane e Sociali dell’Università di Bergamo – se in qualche modo anche nei genitori di questi bambini fossero presenti indici comportamentali che riflettessero delle difficoltà nel modulare l’attenzione in contesti sociali e comunicativi, come, per esempio, difficoltà nell’iniziare una conversazione o un’ipersensibilità per i dettagli ed estremo interesse per un argomento specifico, ovvero comportamenti che si possono riscontrare in forme più gravi nell’autismo, ma che, in forme lievi, non incidono in modo così significativo nelle autonomie o nel benessere personale».
Simone Gori
«Ciò che emerge – sottolinea Andrea Facoetti del Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università di Padova e responsabile della ricerca – è che, anche in bambini a sviluppo tipico, esiste una forte relazione tra una lieve disfunzione del meccanismo automatico di disancoraggio dell’attenzione, controllato dal circuito fronto-parietale dell’emisfero destro, e il loro futuro sviluppo socio-comunicativo, confermato anche dai tratti comportamentali dei loro genitori. La conseguenza più rilevante di questa scoperta – conclude Facoetti – è che mediante specifici programmi di abilitazione dell’attenzione si potrebbe sviluppare una precoce campagna di prevenzione di tali disturbi, la cui incidenza purtroppo sembra ad oggi in continuo aumento, oltre al poter individuare già a 8 mesi i bambini a rischio di un disturbo dell’interazione sociale e della comunicazione che nelle forme più gravi potrebbe anche sfociare nell’autismo».
STUDIO DI UNITO SCOPRE UN NUOVO GENE RESPONSABILE DELL’AUTISMO, CAPRIN1
La prestigiosa rivista Brain ha pubblicato il lavoro internazionale, guidato dall’Università di Torino, che fornisce nuove prove sulle basi genetiche dell’autismo
CAPRIN1 è un gene responsabile di autismo. Grazie a uno studio multicentrico internazionale, coordinato dal Prof. Alfredo Brusco, docente di Genetica medica del Dipartimento di Scienze Mediche dell’Università di Torino e dellaGenetica medica universitaria della Città della Salute di Torino, sviluppato in collaborazione con l’Università di Colonia e recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Brain, è stato dimostrato il ruolo del gene CAPRIN 1 nello sviluppo di una rara forma di autismo. Lo studio è basato sulle nuove tecnologie di sequenziamento del DNA e sullo sviluppo di modelli in vitro di cellule neuronali.
Scoperto nuovo gene responsabile dell’autismo, CAPRIN1. Immagine di un neurone derivato da cellule staminali, acquisita con microscopio confocale e tecniche di immunofluorescenza. I diversi colori indicano intensità di segnale diverso della proteina CAPRIN1 oggetto di studio
L’autismo è un frequente disturbo del neurosviluppo che esordisce nei primi anni di vita e colpisce l’1% della popolazione nelle sue varie forme di presentazione, ed è caratterizzato da compromissione dell’interazione sociale, alterazione della comunicazione e interessi limitati, stereotipati e ripetitivi che impediscono di interagire adeguatamente con le persone e l’ambiente. Il disturbo si manifesta con una vasta gamma di presentazioni cliniche e diversi livelli di gravità, tanto da essere definito come spettro autistico, definizione recentemente introdotta nella pratica clinica e indubbiamente più appropriata. Questa evoluzione concettuale sottolinea che la presentazione dei disturbi dello spettro autistico è estremamente eterogenea e correlata a numerosi specifici sottogruppi clinici con specifiche basi biologiche. Negli ultimi anni, grazie ai progressi tecnologici che permettono di studiare su larga scala il genoma umano, è stata dimostrata la base genetica di molte condizioni caratterizzate da manifestazioni che rientrano nei disturbi dello spettro autistico.
Oggi viene fatto un importante passo avanti nella comprensione delle basi genetiche dell’autismo grazie al Progetto NeuroWES di UniTo: progetto collaborativo guidato dai Proff. Alfredo Brusco del Dipartimento di Scienze Mediche e Giovanni Battista Ferrero del Dipartimento di Scienze Cliniche e Biologiche.
Lo studio ha permesso di dimostrare che mutazioni nel gene CAPRIN1 sono responsabili di alterazioni di specifici meccanismi neuronali che provocano dal punto di vista clinico una forma di disturbo dello spettro autistico.
L’uso di tecnologie di sequenziamento dei geni umani (analisi dell’esoma e analisi del genoma) hanno permesso attraverso una collaborazione internazionale di identificare 12 pazienti colpiti da questa forma di disordine del neurosviluppo e comprenderne i meccanismi biologici associati.
Scoperto nuovo gene responsabile dell’autismo, CAPRIN1. Le rosette neuronali possono essere derivate dalle cellule staminali dei pazienti, e costituiscono lo stadio prematuro del differenziamento verso le cellule neuronali. Nell’immagine, acquisita con microscopio confocale e tecniche di immunofluorescenza, si vede una rosetta neuronale con il segnale in rosso della proteina CAPRIN1
LA RICERCA
Il gruppo di ricerca del Progetto NeuroWES si è dedicato dal 2015 allo studio della genetica dei disturbi dello spettro autistico, grazie alla collaborazione con molti gruppi italiani e dell’Autism Sequencing Consortium (ASC) alla Icahn School of Medicine, Mount Sinai di New York. L’analisi di centinaia di pazienti ha permesso di individuare un caso piemontese in cui era persa un’ampia regione di un cromosoma che comprendeva il gene CAPRIN1. Questa iniziale osservazione ha permesso di ipotizzare il ruolo di CAPRIN 1 nella patogenesi dell’autismo e la successiva identificazione di 12 pazienti con una mutazione nel gene ne ha dimostrato il ruolo patogenico. I pazienti mostrano ritardo del linguaggio, disabilità intellettiva, deficit di attenzione ed iperattività, disturbo dello spettro autistico. Per approfondire i meccanismi patologici correlati a queste mutazioni, la dott.ssa Lisa Pavinato, dottoranda presso il Dipartimento di Scienze Mediche, ha lavorato per quasi un anno presso il laboratorio della Prof.ssa Brunhilde Wirth all’Istituto di Genetica Umana di Colonia (Germania).
“Abbiamo utilizzato la tecnologia CRISPR/Cas9 per modificare cellule pluripotenti umane in coltura in modo da spegnere una delle due copie del gene, mimando così la situazione dei pazienti”, spiega la dott.ssa Pavinato. “La parte più complessa dello studio è stata derivare dei neuroni da queste cellule, e studiarne la funzione in laboratorio”, continua la dottoressa.
Un approccio anche noto come “Malattia in provetta” o “disease in a dish”. La ricerca ha dimostrato che perdere una delle due copie di CAPRIN1 causa un’alterazione della organizzazione e della funzione dei neuroni, nonché della loro attività elettrica. L’importanza dello studio risiede, inoltre, nella definizione del ruolo biologico di CAPRIN1, in quanto è stato possibile dimostrare che regola la sintesi di molte proteine nei neuroni regolando l’espressione di molti geni nel cervello. CAPRIN1 è una proteina molto importante, quindi, uno snodo all’intersezione di numerosi meccanismi biologici dei neuroni, che permetterà di identificare numerosi altri geni associati a disordini del neurosviluppo.
Neuroni normali
La riduzione della quantità del gene CAPRIN1, causa diversi difetti delle cellule, inclusa una completa perdita dell’organizzazione neuronale. Nell’immagine, acquisita con microscopio confocale e tecniche di immunofluorescenza, si vede il confronto tra le cellule sane e quelle difettive
LE PROSPETTIVE
La ricerca pubblicata su CAPRIN1 segue una serie di lavori pubblicati nel contesto del Progetto NeuroWES che ha contribuito a chiarire le basi genetiche del disturbo dello spettro autistico. I dati ora pubblicati sono solo la punta di un iceberg: in collaborazione con genetisti clinici, pediatri, neuropsichiatri infantili è stata raccolta un’ampia casistica sottoposta alle indagini genomiche ed è in corso la progressiva valutazione dei risultati delle analisi dei casi piemontesi, rivalutando le famiglie alla luce dei dati genetici, grazie ad Ambulatori dedicati a questo progetto istituiti presso la SC Genetica Medica della Città della Salute e della Scienza di Torino, diretta dalla Prof.ssa Barbara Pasini, l’Ospedale Infantile Regina Margherita, sotto la responsabilità del Prof. Alessandro Mussa, presso l’Azienda ospedaliera-universitaria San Luigi Gonzaga, sotto la responsabilità del Prof. Giovanni Battista Ferrero. È rilevante sottolineare come si stia riportando alle famiglie dei pazienti una diagnosi definitiva in oltre il 30% dei casi analizzati e, allo stesso tempo, lavorando su nuovi geni associati a disturbo dello spettro autistico che stiamo attivamente studiando.
L’identificazione di nuovi geni associati a forme di disturbo dello spettro autistico è in rapida evoluzione e si prevede siano oltre 1000 i geni implicati nella patogenesi di questa condizione. Infatti, buona parte dei disturbi del neurosviluppo associati ad autismo sono probabilmente associati a diverse varianti in geni coinvolti nello sviluppo del sistema nervoso centrale in grado di esitare in franca patologia solo quando sinergicamente presenti. Le sfide del prossimo futuro, che potranno essere affrontate proprio grazie alle collaborazioni internazionali, sono molteplici: identificare nuovi geni e meccanismi correlati ai disturbi dello spettro autistico, classificare i pazienti in base ai meccanismi biologici coinvolti nelle specifiche forme cliniche, porre le basi per future terapie nel contesto di un approccio di medicina di precisione.
Identificare nuovi geni significa quindi non solo comprendere meglio la neurobiologia di queste malattie, ma anche fornire risposte alle famiglie con pazienti affetti da disturbo dello spettro autistico, e porre le basi per i futuri approcci terapeutici.
Pavinato L, Delle Vedove A, Carli D, Ferrero M, Carestiato S, Howe JL, Agolini E, Coviello DA, van de Laar I, Au PYB, Di Gregorio E, Fabbiani A, Croci S, Mencarelli MA, Bruno LP, Renieri A, Veltra D, Sofocleous C, Faivre L, Mazel B, Safraou H, Denommé-Pichon AS, van Slegtenhorst MA, Giesbertz N, van Jaarsveld RH, Childers A, Rogers RC, Novelli A, De Rubeis S, Buxbaum JD, Scherer SW, Ferrero GB, Wirth B, Brusco A. CAPRIN1 haploinsufficiency causes a neurodevelopmental disorder with language impairment, ADHD and ASD. Brain. 2022 Jul 27:awac278. doi: 10.1093/brain/awac278. Epub ahead of print. PMID: 35979925.
Testo e immagini dall’Area Relazioni Esterne e con i Media dell’Università degli Studi di Torino
Tumori pediatrici, identificati i fattori genetici che predispongono al neuroblastoma
Colpisce bambini e adolescenti fino ai 15 anni. Circa 15.000 ogni anno nel mondo, 130 in Italia. Il Neuroblastoma è un tumore maligno che ha origine dai neuroblasti, cellule presenti nel sistema nervoso simpatico ed è considerato la prima causa di morte e la terza neoplasia per frequenza dopo le leucemie e i tumori cerebrali dell’infanzia.
Tumori pediatrici: identificati i fattori genetici che predispongono al neuroblastoma che colpisce bambini e adolescenti fino ai 15 anni. Da sinistra, Ferdinando Bonfiglio, Achille Iolascon e Mario Capasso
Oggi, grazie ad una promettente scoperta dei ricercatori napoletani, c’è una speranza in più per la diagnosi precoce e la cura di una delle malattie rare più temibili. Gli studiosi, guidati da Mario Capasso e Achille Iolascon, Principal Investigator del CEINGE e rispettivamente, professore associato e ordinario di Genetica Medica dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, hanno infatti identificato i fattori genetici che predispongono al neuroblastoma. E lo hanno fatto investigando su un bagaglio di dati tra i più ampi mai utilizzati al mondo.
«Abbiamo analizzato il DNA di quasi 700 bambini affetti da neuroblastoma e più di 800 controlli mediante sequenziamento avanzato, una tecnica innovativa che riesce a decodificare tutti i geni finora conosciuti in modo affidabile e veloce -spiega il professor Capasso – Questa è la più alta casistica mai studiata fin ad oggi grazie alla quale abbiamo scoperto che il 12% dei bambini con neuroblastoma ha almeno una mutazione genetica ereditata che aumenta il rischio di sviluppare un tumore».
La realizzazione di questo lavoro scientifico è stata resa possibile grazie ad analisi computazionali avanzate del team di esperti del prof. Capasso che lavorano nella facility di Bioinformatica per Next Generation Sequencing del CEINGE. In particolare, si tratta di indagini condotte dall’esperto bioinformatico Ferdinando Bonfiglio, primo autore del lavoro.
«Con predisposizione genetica ci si riferisce alla maggiore probabilità, rispetto alla media, che un bambino ha di sviluppare un tumore – chiarisce Iolascon –. Quindi i risultati di questa ricerca hanno rilevanti implicazioni cliniche; infatti sono utili a migliorare la diagnosi redendola sempre più precoce e certa e a migliorare la gestione clinica del paziente indirizzando il medico verso l’utilizzo di trattamenti personalizzati».
I risultati della ricerca, finanziata dalla OPEN Onlus, Fondazione Italiana per la Lotta al Neuroblastoma e Fondazione AIRC per la Ricerca sul Cancro, sono stati pubblicati su una autorevole rivista scientifica, eBioMedicine del gruppo editoriale “The Lancet”. Inoltre, tutti i dati genetici sono stati resi disponibili in un database online che altri studiosi potranno liberamente consultare per sviluppare nuove ricerche.
E non è tutto. Lo studio ha investito anche altre patologie, come l’autismo. «Un altro dato interessante che emerso da questa ricerca è che alcune delle mutazioni trovate in questi bambini sono associate anche allo sviluppo di malattie del neurosviluppo, ad esempio i disturbi dello spettro autistico. I risultati raggiunti sono utili anche a meglio comprendere i meccanismi molecolari che sono alla base dello sviluppo di malattie non oncologiche», conclude Mario Capasso.
PFAS E DANNI NEURONALI POSSONO ESSERE COINVOLTI NELL’INSORGERE DELLE ANOMALIE DEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE E NEL PARKINSON
Studio Università di Padova-VIMM pubblicato sulla prestigiosa rivista «Environment International». I PFAS si integrano con le membrane neuronali e il sistema nervoso è a rischio durante la fase dello sviluppo embrionale. I dati preliminari suggeriscono anche un coinvolgimento delle cellule implicate nel processo degenerativo del Parkinson.
Il professor Carlo Foresta
Un gruppo di ricerca guidato dal professor Carlo Forestadell’Università di Padova ha recentemente pubblicato sulla rivista «Environment International» –con il titolo “Impairment of human dopaminergic neurons at different developmental stages by perfluoro-octanoic acid (PFOA) and differential human brain areas accumulation of perfluoroalkyl chemicals” – l’ultimo studio sugli gli effetti dei PFAS sul sistema nervoso.
Lo studio, iniziato dalle relazioni tra inquinamento da PFAS e anomalie congenite del sistema nervoso o disturbi comportamentali e neurologici come l’Alzheimer, l’autismo e i disturbi dell’attenzione e iperattività, è stato sviluppato per indagare se in cellule neuronali di specifiche aree del cervello si riscontrasse un accumulo di PFAS.
In collaborazione con il Dipartimento di Neuroscienze dell’Università di Padova – nell’ambito del “Programma di donazione del corpo alla scienza” coordinato dal professor Raffaele De Caro e dal professor Andrea Porzionato – sono stati effettuati prelievi di diverse aree del tessuto cerebrale. In presenza di significative concentrazioni plasmatiche di PFOA, PFOS e PFHxS sono stati riscontrati importanti segni di accumulo di queste sostanze soprattutto in aree costituite da particolari neuroni detti dopaminergici, come l’ipotalamo.
I risultati dello studio sono giunti da uno studio impegnativo e metodico, che ha coinvolto diversi Dipartimenti dell’Università di Padova e del Veneto Institute of Molecular Medicine (VIMM) per verificare gli effetti biologici di queste sostanze sui neuroni dopaminergici attraverso la coltivazione in laboratorio di cellule staminali neuronali a diversi stadi di differenziamento, fino al neurone dopaminergico maturo.
In particolare, è stato osservato che i PFAS a concentrazioni simili a quelle ritrovate nelle aree cerebrali si integrano con le membrane neuronali, modificandone la struttura e la stabilità. L’effetto dei PFAS è più evidente quanto più precoce è lo stadio di maturazione.
Sono ora in corso studi per determinare quali sono le conseguenze funzionali di queste osservazioni.
«Per la prima volta si è dimostrato che nell’uomo queste sostanze chimiche possono modificare la funzione delle cellule nervose – commenta il professor Carlo Foresta – Ulteriori studi sono necessari per quantificare le conseguenze sulla salute delle persone. Le osservazioni che dimostrano una maggior sensibilità delle cellule neuronali non ancora mature fanno pensare che gli effetti dei PFAS possano essere più evidenti durante le fasi più sensibili dello sviluppo del sistema nervoso come nell’embrione».
«I dati preliminari suggeriscono un coinvolgimento delle cellule implicate nel processo degenerativo del Parkinson – dice il Professor Angelo Antonini, Responsabile dell’Unità Parkinson e Malattie Rare Neurologiche della Clinica Neurologica dell’Università di Padova – Ancora non sappiamo se i PFAS possono poi determinare un’alterazione nei processi di degradazione della proteina alfa-sinucleina alla base di questa malattia. Tuttavia confermano una vulnerabilità di questi nuclei cerebrali e che i fattori ambientali insieme al profilo genetico giocano un ruolo importante probabilmente come fattore scatenante nel processo degenerativo».
«Si tratta di una collaborazione fra più gruppi universitari e team di ricerca, tra cui il mio gruppo al VIMM, che ha messo a punto la coltura di cellule staminali umane differenziate in neuroni dopaminergici che sono stati utilizzati nello studio per dimostrare l’effetto nocivo dei PFAS – conclude il Principal Investigator del VIMM Mario Bortolozzi-. La nostra expertise biofisica ed elettrofisiologica ci ha permesso di verificare che tali colture fossero funzionali, cioè in grado di “sparare” i cosiddetti potenziali d’azione, una sorta di firma autografa del neurone».
Autori: Andrea Di Nisio, Micaela Pannella, Stefania Vogatisi, Stefania Sut, Stefano Dall’Acqua, Maria Santa Rocca, Angelo Antonini, Andrea Porzionato, Raffaele De Caro, Mario Bortolozzi, Luca De Toni, Carlo Foresta
Titolo: Impairment of human dopaminergic neurons at different developmental stages by perfluoro-octanoic acid (PFOA) and differential human brain areas accumulation of perfluoroalkyl chemicals – «Environment International» 2021
Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università di Padova, circa lo studio pubblicato su Environment International che spiega come PFAS e danni neuronali possano essere coinvolti nell’insorgere di anomalie del sistema nervoso centrale e Parkinson
Istituto Italiano di Tecnologia – IIT e Sapienza Università di Roma: realizzati in laboratorio per la prima volta organoidi cerebrali per lo studio della Sindrome dell’X fragile Questo risultato consentirà di studiare in vitro il meccanismo molecolare della malattia e testare futuri farmaci.
Riprodotti per la prima volta in laboratorio organoidi cerebrali (3D) come modello di studio della Sindrome dell’X Fragile, una malattia ereditaria legata a mutazioni nel gene FMRP localizzato sul cromosoma X, causa di disabilità cognitiva, problemi di apprendimento e relazionali.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Cell Death and Disease, è il risultato di una collaborazione tutta italiana fra Istituto Italiano di Tecnologia – IIT e Sapienza Università di Roma. In particolare tra Silvia Di Angelantonio e Alessandro Rosa, entrambi docenti Sapienza e ricercatori affiliati presso il centro IIT di Roma “Center for Life Nano & Neuro-Science” coordinato da Giancarlo Ruocco e il gruppo D3Validation dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, coordinato da Angelo Reggiani.
Gli organoidi 3D sono strutture cellulari tridimensionali artificiali, generate a partire da cellule staminali umane, che riproducono le caratteristiche dei veri organi. Si tratta di modelli in vitro che mostrano condizioni molto simili a quelle umane sia dal punto di vista fisiologico che patologico e che mimano in vitro l’interazione tra cellule. Negli ultimi anni la messa a punto di organoidi cerebrali umani derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (cellule iPS, Premio Nobel per la Medicina 2012) ha permesso di ridurre i test condotti su modelli animali e ha aperto nuovi orizzonti per lo studio delle malattie del neuro-sviluppo come autismo e schizofrenia o della nota infezione da Zika virus.
Le cellule iPS sono cellule staminali che si possono ottenere ‘riprogrammando’ cellule non staminali, per esempio del sangue o della pelle, prelevate da qualunque individuo adulto.
In questo studio le colture cellulari classiche (2D) e gli organoidi cerebrali (3D) sviluppati a partire da cellule iPS, riproducono in vitro alcune caratteristiche tipiche della sindrome dell’X Fragile, consentendo ai ricercatori di studiare il meccanismo molecolare della patologia e di dimostrare come la proteina FMRP sia necessaria per supportare correttamente la proliferazione delle cellule neuronali e gliali e per impostare il corretto rapporto eccitazione-inibizione nello sviluppo del cervello umano.
Lo studio su modelli cellulari 3D, inoltre, ha permesso di scoprire uno squilibrio di dimensioni tra organoidi X fragile e organoidi di controllo cioè sani, ma soprattutto uno squilibrio in termini di bilancio eccitazione – inibizione delle cellule di X Fragile a favore dell’ipereccitabilità che si potrebbe ipotizzare essere alla base delle crisi epilettiche, sintomi tipici dei pazienti X Fragile.
Questi risultati ampliano le conoscenze sulla Sindrome dell’X Fragile e gettano le basi per lo screening di nuovi farmaci efficaci per questa patologia oltre al riposizionamento di quelli già in uso.
“Ad oggi questo lavoro è il primo a dimostrare la possibilità di studiare la Sindrome dell’X Fragile in organoidi cerebrali e suggerisce che questa piattaforma sperimentale possa essere applicata per modellizzare in vitro la Sindrome dell’X Fragile” dichiara Silvia Di Angelantonio, ricercatrice affiliata presso il centro IIT – Center for Life Nano & Neuro-Science e docente Sapienza.
“L’uso di organoidi umani per lo studio di malattie come la Sindrome dell’X Fragile presenta notevoli vantaggi per la comprensione dei meccanismi molecolari che ne sono alla base” aggiunge Alessandro Rosa, ricercatore affiliato presso il centro IIT – Center for Life Nano & Neuro-Science e docente Sapienza.
“La disponibilità di organoidi derivati da cellule umane crea i presupposti per la identificazione di farmaci migliori e, in un futuro prossimo, di terapie sempre più personalizzate sulle necessità del malato” conclude Angelo Reggiani, coordinatore del laboratorio D3Validation dell’Istituto Italiano di Tecnologia.
Novel fragile X syndrome 2D and 3D brain models based on human isogenic FMRP-KO iPSCs – Carlo Brighi, Federico Salaris, Alessandro Soloperto, Federica Cordella, Silvia Ghirga, Valeria de Turris, Maria Rosito, Pier Francesca Porceddu, Chiara D’Antoni, Angelo Reggiani, Alessandro Rosa and Silvia Di Angelantonio – Cell Death & Disease https://doi.org/10.1038/s41419-021-03776-8
Testo e foto dell’Istituto Italiano di Tecnologia – IIT, Image Library; dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma
“E quindi uscimmo a riveder le stelle”: un nuovo studio Sapienza mette in luce il ruolo delle cellule stellate nello sviluppo del nostro cervello
Un nuovo studio della Sapienza ha evidenziato il ruolo degli astrociti nei processi di sviluppo cerebrale neonatale. I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista Cell Reports permettono di approfondire alcuni meccanismi molecolari di base di molte patologie psichiatriche del neurosviluppo che insorgono nel periodo perinatale, come l’autismo, la schizofrenia o il deficit dell’attenzione, e di individuare nuovi potenziali farmaci.
Gli astrociti rappresentano un importantissimo contingente strutturale del nostro cervello, più numeroso di circa dieci volte rispetto a quello formato dai neuroni. Queste cellule stellate sono sicuramente meno conosciute dei neuroni, ma non meno importanti da un punto di vista funzionale.
Un nuovo studio coordinato da Paola Bezzi del Dipartimento di Fisiologia e farmacologia Vittorio Erspamer della Sapienza Università di Roma, realizzato insieme con ricercatori delle Università di Losanna e di Zurigo, mette in luce come la crescita e la maturazione delle cellule stellate subito dopo la nascita sia fondamentale per la sopravvivenza dei neuroni e quindi per la corretta formazione e funzione dei circuiti nervosi nel cervello adulto. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Cell Reports.
La funzione cerebrale si basa sull’attività dei circuiti nervosi e sui processi di trasmissione del segnale tra neuroni che avviene in piccole strutture chiamate sinapsi. Appena dopo la nascita, durante il periodo dell’allattamento, i neuroni sono ancora immaturi e le sinapsi sono ancora in via di formazione. Poco si sapeva invece sullo sviluppo e sul ruolo delle cellule stellate nei processi di sviluppo cerebrale neonatale.
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio metodologico basato sull’iniezione di coloranti fluorescenti in grado di fornire una visione più dettagliata dell’organizzazione strutturale degli astrociti.
Lo studio ha fatto emergere che la funzionalità dei circuiti neuronali e delle sinapsi dipendono dal corretto sviluppo delle cellule stellate che durante il periodo neonatale hanno una riserva energetica particolarmente sviluppata.
“Abbiamo scoperto che tra le varie funzioni di queste cellule, ce ne è una che è fondamentale per il funzionamento dei neuroni: la produzione di energia – spiega Paola Bezzi della Sapienza. “Gli astrociti sono dei veri e propri “baby-sitter” dei neuroni in via di sviluppo e usano molta energia per svolgere questo ruolo fondamentale. Usando delle tecniche genetiche di recente sviluppo, abbinate alla colorazione di una singola cellula, abbiamo dimostrato che in caso di malfunzionamento degli organelli deputati alla produzione di energia (i mitocondri), le cellule stellate non si sviluppano, non si prendono cura dei neuroni e così facendo inducono problemi nella formazione e maturazione delle cellule nervose e nelle sinapsi”.
Nel campo delle neuroscienze, l’astrocita rappresenta attualmente uno degli argomenti più entusiasmanti in quanto le ricerche sulla maturazione perinatale del cervello sono alla base della comprensione delle malattie ad esso collegate.
I risultati ottenuti dai ricercatori permettono di approfondire i meccanismi cellulari e molecolari di numerose patologie psichiatriche che insorgono nel periodo perinatale e colpiscono prevalentemente la maturazione dei circuiti nervosi, come l’autismo, la schizofrenia o il deficit dell’attenzione, e di individuare così nuovi potenziali farmaci.
Riferimenti:
Mitochondrial biogenesis in developing astrocytes regulates astrocyte maturation and synapse formation – Tamara Zehnder, Francesco Petrelli, Jennifer Romanos, Franck Polleux, Mirko Santello, Paola Bezzi – Cell Reports (2021) https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108952
Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sullo studio circa il ruolo delle cellule stellate per lo sviluppo del cervello.
