Ricerche

I vasi sanguigni (blu) in questa malformazione arteriovenosa (AVM), contengono chiazze di cellule immunitarie (verde) che destabilitano la vascolarizzazione, portando potenzialmente all'ictus. Fonte: Jayden Ross ed Ethan Winkler

Con un lavoro che migliorerà lo studio di malattie tanto disparate come ictus e demenza, ricercatori della Università della California di San Francisco hanno catalogato tutte le cellule che formano i vasi sanguigni del cervello umano, insieme alla loro posizione e ai geni trascritti in ciascuna.

L'atlante caratterizza più di 40 tipi di cellule finora sconosciute, compresa una popolazione di cellule immunitarie la cui comunicazione con le cellule vascolari del cervello contribuisce al sanguinamento in un ictus emorragico. Questa forma devastante di ictus rappresenta il 10-15% di tutti gli ictus negli Stati Uniti, per lo più tra i giovani. Circa la metà degli ictus emorragici sono fatali.

I risultati serviranno da fondamento per nuove ricerche sulla vascolarizzazione del cervello a livello globale, come hanno detto gli scienziati:

"Questa ricerca ci offre la mappa e l'elenco dei bersagli per iniziare a sviluppare nuove terapie che potrebbero cambiare il modo in cui trattiamo molte malattie cerebrovascolari", ha affermato Ethan Winkler MD/PhD, neurochirurgo, ricercatore dell'UCSF e primo coautore dello studio, apparso il 27 gennaio su Science.

Grovigli nella vascolarizzazione del cervello

Il gruppo, guidato da Adib Abla MD, professore associato di chirurgia neurologica e Daniel Lim MD/PhD, professore di chirurgia neurologica, entrambi dell'UCSF, insieme a Tomasz Nowakowski PhD, ha analizzato le cellule nelle malformazioni arteriovenose (AVM), quei grovigli di arterie poco formate nel cervello che sono spesso fonte di ictus emorragico.

Ha confrontato gli AVM con campioni di vascolarizzazione cerebrale normale di 5 volontari che si stavano già sottoponendo a chirurgia del cervello per l'epilessia. La UCSF, classificata al primo posto nella neurochirurgia dall'U.S. News and World Report, è un centro nazionale leader per la chirurgia e la cura delle AVM cerebrali.

Alcuni dei 44 campioni di tessuto AVM, acquisiti durante i delicati interventi chirurgici eseguiti da Abla, capo della chirurgia neurologica, erano stati rimossi dal cervello del paziente ancora integro, e altri campioni sono stati rimossi solo dopo che aveva iniziato a sanguinare. I 3 tipi di tessuto (normale, AVM integro e AVM dopo sanguinamento) hanno permesso ai ricercatori di ottenere un quadro più completo delle differenze tra il modo in cui le cellule funzionano normalmente e in diversi stati di malattia.

In collaborazione con il Cerebrovascular Research Center, il team ha usato il sequenziamento dell'mRNA a cellula singola su oltre 180.000 cellule per determinare quali geni erano espressi nei campioni diversi e hanno abbinato l'espressione genica con la posizione della cellula. Chang Kim, dottorando di bioinformatica dell'UCSF e altro primo autore dello studio, ha poi eseguito analisi al computer, confrontando l'espressione genica nelle cellule normali con quella delle cellule malate.

Una sorpresa di cellule immunitarie

I risultati hanno rivelato non solo vari tipi nuovi di cellule, ma anche una popolazione di cellule immunitarie che sembrano comunicare con le cellule muscolari lisce nelle arterie malate e le indeboliscono, provocando di conseguenza l'ictus. Gli scienziati hanno sospettato che il sistema immunitario sia attivato da malformazioni come le AVM. Novakowski ha detto:

"Senza questo studio, non saremmo stati in grado di individuare questa popolazione di cellule molto specifiche nel sangue che potrebbero guidare in modo cruciale la progressione della malattia.

"Identificare queste cellule immunitarie specifiche cambia completamente il modo in cui i ricercatori possono pensare di trattare questo tipo di malattia vascolare. Se le cellule circolano nel sangue, potrebbe essere possibile ridurre il rischio di ictus modulando il sistema immunitario. Questo apre un potenziale terapeutico enorme".

Quel potenziale si estende oltre l'ictus. La mappa può aiutare a indagare su qualsiasi malattia neurovascolare, tra cui una delle più comuni: la demenza. Lim ha detto:

"Molte forme di demenza, tra cui l'Alzheimer, sembrano avere un fondamento vascolare. Abbiamo bisogno di un atlante come questo per capire meglio come i cambiamenti nella vascolarizzazione possono contribuire alla perdita di cognizione e memoria".

"Questo lavoro è stata davvero una bella collaborazione tra chirurgo-scienziati e biologi molecolari, avvenuta in un luogo con accesso incredibile a campioni clinici. Anche se molte istituzioni non hanno accesso a tutte queste risorse critiche, potranno accedere ai dati di questo studio".

Nowakowski ritiene che queste informazioni consentiranno ai ricercatori in tutto il mondo di eseguire analisi molto meno costose su un gran numero di pazienti, che è l'unico modo per ottenere un quadro più completo di come funzionano le malattie vascolari.

"Capire la malattia cerebrovascolare a livello cellulare e molecolare porterà il lavoro di molti ricercatori verso nuove direzioni", ha detto Lim.

Una 'tavola periodica dei tipi di cellule'

Lo studio del gruppo contribuisce allo Human Cell Atlas (atlante delle cellule umane), uno sforzo internazionale per creare mappe cellulari di riferimento per tutto il corpo.

Nowakowski chiama questo atlante 'tavola periodica dei tipi di cellule'. Proprio come la tavola periodica chimica organizza gli elementi in una struttura che consente ai chimici di disegnare relazioni tra loro basate su dove appaiono nella tavola, gli atlanti delle cellule umane rivelano le posizioni delle cellule nel corpo e le interazioni risultanti tra loro.

C'è molto lavoro in atto in tutto il mondo per generare questi atlanti per diversi organi e tessuti, ma molti mappano solo le posizioni geografiche delle cellule. Il confronto tra cellule normali e anormali porta questa ricerca a un livello più alto, fornendo una guida estremamente raffinata per lo sviluppo di farmaci.

"Il nostro studio dimostra davvero come può essere usato un atlante cellulare", ha detto Nowakowski. "Con la nostra 'tavola periodica' come riferimento, possiamo iniziare a chiederci quali cellule potrebbero deteriorarsi nella malattia e puntarle con molta precisione per terapia".