Quando il nostro cervello invecchia, piccole lesioni iniziano a comparire nei fasci di sostanza bianca che trasportano messaggi tra i nostri neuroni. Le lesioni possono danneggiare questa sostanza bianca e portare a deficit cognitivi.
Grazie a questa informazione, i ricercatori dello Stevens Institute of Technology e colleghi non solo forniscono una spiegazione per la posizione di queste lesioni, ma anche come si sviluppano in primo luogo.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Scientific Reports.
Lesioni cerebrali: ecco cosa dice la ricerca
Il lavoro, guidato da Johannes Weickenmeier, assistente professore di ingegneria meccanica alla Stevens, sottolinea l’importanza di considerare il cervello come qualcosa di più di un circuito neurale che è alla base del modo in cui si formano i pensieri e si creano i ricordi.
È anche un oggetto fisici soggetto a difetti e guasti meccanici. “Il cervello è suscettibile di usura nelle aree vulnerabili”, ha detto Weickenmeier. “Soprattutto in un cervello che invecchia, dobbiamo esaminare le sue proprietà biomeccaniche per capire meglio come le cose possono iniziare ad andare storte”.
Queste lesioni, note come iperintensità della sostanza bianca profonda e periventricolare perché si presentano come macchie bianche luminose sulle scansioni MRI, sono poco conosciute. Ma non sono rare: la maggior parte delle persone ne ha alcune quando raggiungono i 60 anni e i cambiamenti aumentano solo con l’età.
Più lesioni si accumulano e più velocemente crescono, più diventiamo inclini a disturbi cognitivi che vanno dai problemi di memoria ai disturbi motori.
Utilizzando le scansioni MRI di otto soggetti sani, Weickenmeier ha lavorato con Valery Visser, ora studente di dottorato presso l’Università di Zurigo, e Henry Rusinek, radiologo presso la NYU Grossman School of Medicine, per sviluppare un modello computerizzato individualizzato del cervello di ciascun soggetto.
Il team ha mappato il ceppo posto sulle pareti ventricolari, i rivestimenti delle camere piene di liquido in profondità nel cervello, mentre le onde di pressione pulsano attraverso il fluido spinale cerebrale del soggetto, o CSF. I ricercatori hanno scoperto che le iperintensità tendono a verificarsi vicino ad aree che devono allungarsi di più per adattarsi ai cambiamenti di pressione del liquido cerebrospinale circolante perché, poiché tali aree si assottigliano, il liquido cerebrospinale può penetrare nel cervello e causare lesioni.
Johannes Weickenmeier, ingegnere meccanico presso lo Stevens Institute of Technology, parla del ruolo svolto dalla meccanica cerebrale nello sviluppo delle lesioni cerebrali. Credito: Stevens Institute of Technology
“La parete cellulare che riveste i ventricoli si consuma nel tempo, come un palloncino che viene ripetutamente gonfiato e sgonfiato”, ha detto Weickenmeier. “E gli stress non sono uniformi: sono definiti dalla geometria del ventricolo, quindi possiamo prevedere dove si verificheranno questi cedimenti”.
Il modello fornisce una spiegazione semplice e basata sulla fisica per le posizioni di queste lesioni, rivelando che i carichi meccanici “devono essere un importante contributo all’insorgenza della malattia”, ha affermato Weickenmeier.
La ricerca del team, ha utilizzato l’imaging 2D che mostra una sezione trasversale del cervello, ma da allora il team di Weickenmeier ha ampliato la sua ricerca a un modello 3D completo del cervello. Successivamente, Weickenmeier spera di utilizzare tecnologie avanzate di risonanza magnetica sviluppate a Stevens per studiare direttamente il movimento della parete del ventricolo.
Johannes Weickenmeier, ingegnere meccanico presso lo Stevens Institute of Technology, parla di come la meccanica cerebrale contribuisce alla malattia di base. Credito: Stevens Institute of Technology
A lungo termine, i risultati del team potrebbero consentire lo sviluppo di nuovi trattamenti per le lesioni. Normalmente, i trattamenti farmaceutici faticano ad attraversare la barriera emato-encefalica e raggiungere le aree colpite, ma la nuova ricerca suggerisce che potrebbe essere possibile incanalare i farmaci verso le lesioni direttamente attraverso le perdite nella parete ventricolare. “È ancora molto lontano e non l’abbiamo studiato direttamente”, ha ammonito Weickenmeier. “Ma è una possibilità intrigante.”
Johannes Weickenmeier, ingegnere meccanico presso lo Stevens Institute of Technology, parla della sua ricerca su come si formano le lesioni cerebrali. Credito: Stevens Institute of Technology
La conclusione più ampia della ricerca del team, ha spiegato Weickenmeier, è che il processo di invecchiamento del cervello è mediato da processi fisici, compresa la pressione del sangue circolante e del liquido cerebrospinale. Ciò sottolinea la necessità di comportamenti sani, come fare abbastanza esercizio fisico ed evitare sostanze nocive, che possono ridurre quei ceppi sul cervello.
