Una squadra di ricercatori ha fatto una scoperta sulle cellule cerebrali che si aggiunge alla nostra conoscenza di ciò che accade nel cervello quando improvvisamente smettiamo di muoverci.

“Abbiamo trovato un gruppo di cellule nervose nel mesencefalo che, se stimolate, interrompono tutti i movimenti. Non solo il camminare, tutte le forme di attività motoria. Fanno anche smettere di respirare o respirare più lentamente nei topi e rallentano la frequenza cardiaca , ” spiega il professor Ole Kiehn, coautore dello studio.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Neuroscience.

Cellule cerebrali: ecco come agiscono

“Esistono vari modi per fermare il movimento. La particolarità di queste cellule nervose è che, una volta attivate, mettono in pausa o congelano il movimento. Proprio come mettere in pausa un film. Il movimento degli attori si interrompe improvvisamente sul posto.” dice Ole Kiehn.

Quando i ricercatori hanno finito di attivare le cellule nervose, i topi avrebbero iniziato il movimento esattamente dove si era fermato. Proprio come quando si preme di nuovo “play”.

“Questo ‘schema di pausa e riproduzione’ è davvero unico; è diverso da qualsiasi cosa abbiamo visto prima. Non assomiglia ad altre forme di movimento o arresto motorio che noi o altri ricercatori abbiamo studiato. Lì, il movimento non inizia necessariamente dove si è fermato, ma potrebbe ricominciare da capo con un nuovo schema”, afferma Ph.D. Haizea Goñi-Erro, che è la prima autrice dello studio.

Le cellule nervose stimolate dai ricercatori si trovano nel mesencefalo in un’area chiamata nucleo pedunculopontino (PPN), e differiscono dalle altre cellule nervose lì esprimendo uno specifico marcatore molecolare chiamato Chx10. Il PPN è comune a tutti i vertebrati compreso l’uomo. Quindi, anche se lo studio è stato condotto sui topi, i ricercatori si aspettano che il fenomeno si applichi anche agli esseri umani.

Alcuni potrebbero suggerire che le cellule nervose siano attivate dalla paura. La maggior parte delle persone ha familiarità con il fenomeno del “congelamento” causato da una paura estrema. Ma non è così.

“Abbiamo confrontato questo tipo di arresto motorio con l’arresto motorio o il congelamento causato dalla paura, e non sono identici. Siamo molto sicuri che l’arresto del movimento osservato qui non sia correlato alla paura. Invece, crediamo che abbia qualcosa a che fare con attenzione o prontezza, che si riscontra in determinate situazioni”, afferma l’Assistente Professore Roberto Leiras, coautore dello studio.

I ricercatori ritengono che sia un’espressione di un’attenzione focalizzata. Tuttavia, sottolineano che lo studio non ha rivelato se questo sia davvero il caso. È qualcosa che richiede più ricerca da dimostrare.

Il nuovo studio potrebbe essere in grado di aiutarci a comprendere alcuni dei meccanismi della malattia di Parkinson.

“L’arresto motorio o il movimento lento è uno dei sintomi cardinali del morbo di Parkinson. Ipotizziamo che queste cellule nervose speciali nella PPN siano iperattivate nel morbo di Parkinson. Ciò inibirebbe il movimento. Pertanto, lo studio, che si è concentrato principalmente sui fondamentali meccanismi che controllano il movimento nel sistema nervoso , possono eventualmente aiutarci a capire la causa di alcuni dei sintomi motori del morbo di Parkinson”, conclude Ole Kiehn.

Tra le altre cose, i ricercatori hanno utilizzato l’optogenetica per stimolare le cellule nervose nel tronco cerebrale.

In breve, l’optogenetica è una tecnica biologica che comporta la modifica genetica di specifiche cellule cerebrali per renderle più sensibili alla luce. Ciò significa che le celle possono essere attivate da un lampo di luce.

Nello studio, i ricercatori sono stati in grado di stimolare il gruppo specifico di cellule nervose nei topi e quindi determinare la funzione motoria di queste cellule.

In uno studio riguardante il morbo di Parkinson, il team ha sviluppato cellule nervose contenenti dopamina da cellule staminali di pazienti affetti da Parkinson e individui sani a scopo di controllo. Attraverso analisi approfondite dei mattoni delle cellule nervose , le proteine, il team ha trovato alcune differenze cruciali nella loro capacità di formare estensioni nervose.

Quando le cellule nervose sono sane, formano estensioni che creano connessioni e trasferiscono la dopamina da una cellula nervosa all’altra. Si è scoperto che le cellule nervose dei pazienti affetti da Parkinson hanno una capacità significativamente inferiore di formare queste estensioni.

Helle Bogetofte Barnkob sottolinea che le scoperte del team sono state fatte in laboratorio e che potrebbe non verificarsi necessariamente in un cervello umano: “Lavoriamo con le cellule nervose in una capsula di Petri e non sappiamo se la stessa cosa accade in un cervello. Ma possiamo dire che le cellule nervose sviluppate dalle cellule staminali dei pazienti di Parkinson non possono formare estensioni così come quelle dei pazienti sani”, spiega.

Poiché le cellule nervose responsabili si trovano in profondità nel nostro cervello, i ricercatori non possono accedervi o studiarle mentre la malattia si sviluppa. Le cellule nervose prodotte da cellule staminali di pazienti affetti da Parkinson sono quindi quanto di più vicino possano attualmente venire a esaminare una cellula affetta da Parkinson.

Parte dello studio è stato condotto presso l’Oxford Parkinson’s Disease Center, dove esiste una grande banca di cellule staminali di pazienti affetti da Parkinson e individui sani. La seconda parte importante dello studio è stata condotta presso la SDU di Odense, dove apparecchiature avanzate per l’analisi del proteoma possono fornire ai ricercatori informazioni su migliaia di proteine ​​e modificazioni proteiche contemporaneamente.

Il team di ricerca ha anche studiato se potevano fare qualcosa per curare le cellule nervose malate e hanno scoperto che un certo tipo di farmaco rende le cellule migliori nella formazione delle estensioni nervose. Hanno scoperto che le cellule nervose nelle capsule di Petri rispondevano bene a una sostanza usata per trattare la malattia rara della malattia di Gaucher: sono diventate migliori nel formare estensioni nervose.

La sostanza agisce potenziando il cosiddetto enzima GBA, importante per il lavoro di mantenimento della cellula. Le mutazioni nel gene GBA sono il fattore di rischio genetico più comune per il Parkinson. Le cellule staminali dei pazienti coinvolte nello studio provenivano tutte da malati di Parkinson con una mutazione nel gene GBA.

La percentuale di casi di Parkinson geneticamente determinati e quindi ereditari è di circa il 10%. Ciò significa che la stragrande maggioranza, fino al 90 percento di tutti i casi di Parkinson, è sporadica e dovuta a una combinazione di influenze ambientali e fattori di rischio genetici.

Helle Bogetofte Barnkob sta ora studiando le cellule nervose formate da cellule staminali di pazienti con Parkinson sporadico. Vuole indagare, tra l’altro, se le stesse cose accadono nelle cellule di quelli con la mutazione del gene GBA, come in quelli con Parkinson sporadico.

Il morbo di Parkinson colpisce l’1% della popolazione di età superiore ai 50 anni. L’incidenza è più alta nelle persone di età superiore ai 70 anni.

Un team di ricercatori affiliati a diverse istituzioni negli Stati Uniti ha identificato un sottotipo di cellule cerebrali che muoiono nei pazienti affetti da Parkinson. Nel loro studio, pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience , il gruppo ha utilizzato una nuova tecnica di sequenziamento dell’RNA per analizzare le cellule cerebrali nella substantia nigra e poi ha confrontato alcuni tipi che hanno trovato nel cervello dei pazienti affetti da Parkinson con soggetti non affetti per identificare le differenze.

Ernest Arenas, con il Karolinska Institutet in Svezia, ha pubblicato un articolo News & Views nello stesso numero della rivista, delineando come viene condotto lo studio unicellulare delle cellule cerebrali e commentando il lavoro riportato dal team su questo nuovo studio.

Il morbo di Parkinson è una malattia neurodegenerativa progressiva: i pazienti manifestano problemi di equilibrio, difficoltà a parlare e tremori. Non esiste una cura, ma alcuni farmaci possono ridurre i sintomi. Ricerche precedenti hanno dimostrato che la malattia insorge quando le cellule nervose nella substantia nigra (situata nel mesencefalo) si deteriorano per ragioni sconosciute. Di conseguenza, viene generata meno dopamina.

Man mano che più cellule smettono di funzionare, i sintomi peggiorano. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno esaminato più da vicino le cellule nervose nella substantia nigra per scoprire quali di esse muoiono nei pazienti con Parkinson.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica di RNA unicellulare sviluppata di recente che sequenzia le singole cellule in un dato campione di tessuto. I ricercatori lo hanno usato per determinare quali geni nelle cellule della substantia nigra stavano producendo proteine ​​e poi le hanno classificate in 10 sottotipi.

I ricercatori hanno quindi ottenuto campioni di cervello da 10 persone che avevano avuto il morbo di Parkinson (o demenza da corpi di Lewy) al momento della loro morte. Hanno eseguito lo stesso tipo di sequenziamento dell’RNA su tutti i campioni e anche su più campioni di cervello raccolti post mortem da persone non affette. Hanno confrontato campioni di entrambi i gruppi alla ricerca di differenze e hanno trovato uno dei sottotipi di cellule cerebrali ridotti nei pazienti con Parkinson, suggerendo fortemente che è il più colpito nelle persone con Parkinson.

Gli scienziati hanno ottenuto indizi su come un trattamento del morbo di Parkinson, chiamato stimolazione cerebrale profonda, aiuta ad affrontare i sintomi.

Lo studio in fase iniziale, condotto da ricercatori dell’Imperial College di Londra, suggerisce che il trattamento aumenta il numero e la forza delle “batterie” delle cellule cerebrali chiamate mitocondri. Queste batterie a loro volta forniscono energia alle cellule cerebrali , che possono aiutare a ridurre i problemi di movimento e tremori.

La stimolazione cerebrale profonda è un trattamento utilizzato per la malattia di Parkinson in fase avanzata che prevede l’impianto chirurgico di fili sottili, chiamati elettrodi, nel cervello. Questi fili forniscono piccoli impulsi elettrici nella testa, che aiutano a ridurre i movimenti lenti, il tremore e la rigidità.

Tuttavia, gli scienziati non sono sicuri di come il trattamento, somministrato a circa 300 pazienti all’anno, affronti i sintomi del Parkinson.

Il dottor Kambiz Alavian, autore senior dello studio del Dipartimento di Medicina dell’Imperial College di Londra, ha dichiarato: “La stimolazione cerebrale profonda è stata utilizzata con successo per trattare il Parkinson da oltre 20 anni e viene spesso offerta ai pazienti una volta che i farmaci non controllano più la loro sintomi.

“Ma nonostante il successo del trattamento, non sappiamo ancora esattamente come l’erogazione di impulsi elettrici alle cellule cerebrali crei questi effetti benefici. I nostri risultati, nonostante siano in una fase iniziale, suggeriscono che gli impulsi elettrici alimentano le batterie nelle cellule cerebrali. Questo potenzialmente apre strade per esplorare come replicare questo potenziamento cellulare con trattamenti non chirurgici, senza la necessità di impiantare elettrodi nel cervello”.

La malattia di Parkinson colpisce circa 127.000 persone nel Regno Unito e provoca la progressiva perdita di cellule cerebrali in un’area chiamata substantia nigra . Ciò porta a una riduzione di una sostanza chimica del cervello chiamata dopamina, che è fondamentale per il controllo del movimento. Di conseguenza, la condizione innesca sintomi come tremore e movimento lento.

Le cause iniziali della condizione sono ancora sconosciute, ma studi recenti suggeriscono che le cellule cerebrali nella substantia nigra dei pazienti hanno meno mitocondri, minuscole strutture produttrici di energia che mantengono in vita le cellule.

Nell’ultimo studio, pubblicato sul FASEB Journal , gli scienziati hanno studiato le cellule cerebrali di tre pazienti deceduti con malattia di Parkinson che avevano ricevuto la stimolazione cerebrale profonda (DBS), quattro pazienti deceduti che avevano la malattia di Parkinson ma non avevano ricevuto DBS e tre individui deceduti che non aveva il Parkinson.

Tutti i cervelli provenivano dalla Parkinson’s UK Brain Bank, presso l’Imperial College di Londra.

Il team ha scoperto che le cellule cerebrali delle persone che avevano ricevuto la stimolazione cerebrale profonda avevano un numero maggiore di mitocondri, rispetto ai pazienti che non avevano ricevuto il trattamento. I mitocondri nei pazienti con DBS erano anche più grandi di quelli nei pazienti che non avevano ricevuto il trattamento, suggerendo che potrebbero produrre più energia.

Gli scienziati sottolineano il fatto che per questo studio è stato utilizzato solo un piccolo numero di campioni di cervello, ma ora sperano di avviare indagini più ampie.

“Questo tipo di studi è difficile da eseguire, in quanto possono essere eseguiti solo dopo la morte di un paziente. Senza la Parkinson’s UK Brain Bank, e in definitiva le persone affette dal morbo di Parkinson che scelgono di donare il proprio cervello dopo la morte, non saremmo essere in grado di eseguire studi importanti come questi.

“Ora speriamo di condurre studi più ampi per esplorare nuovi trattamenti che possano preservare i mitocondri delle cellule cerebrali . L’obiettivo finale sarebbe mantenere le cellule attive più a lungo e tenere a bada i sintomi del Parkinson”.

I passi umani sono associati all’attività neurale che si alterna tra il lato sinistro e destro del cervello, trova uno studio sui pazienti con malattia di Parkinson pubblicato su JNeurosci . La ricerca raccomanda che future indagini affrontino se alternare la stimolazione cerebrale profonda di conseguenza possa migliorare l’andatura nei disturbi del movimento.

I problemi di deambulazione riducono la qualità della vita delle persone con malattia di Parkinson. I farmaci o la stimolazione cerebrale profonda continua vengono utilizzati per alleviare questi sintomi, ma alcuni pazienti non rispondono a questi trattamenti.

Per comprendere meglio come cambia l’attività cerebrale durante il ciclo del passo, Petra Fischer, Huiling Tan e colleghi hanno studiato i pazienti affetti da Parkinson che hanno subito un intervento chirurgico di stimolazione cerebrale profonda. Ciò ha permesso ai ricercatori di registrare l’attività cerebrale dagli elettrodi impiantati nel nucleo subtalamico (STN) mentre i partecipanti si mettevano in posizione insieme a un uomo dei cartoni animati in un video.

I ricercatori hanno scoperto che l’attività nell’intervallo 20-30 Hz (beta) si alternava tra l’STN sinistro e destro quando il piede opposto toccava il suolo e l’altro piede doveva essere sollevato.

L’introduzione di un metronomo sincronizzato con i passi del cartone animato ha migliorato la precisione dei partecipanti e ha migliorato di conseguenza la loro attività beta STN.