Ricerche

Uno studio dimostra l'interdipendenza tra la struttura e la funzionalità dei neuroni.

Le cellule nervose comunicano tra loro tramite intricate proiezioni. Nelle malattie del cervello, come l'Alzheimer, queste estensioni si atrofizzano, provocando problemi di connettività. (Fonte: DZNE / Detlef Friedrichs)

Nelle malattie del cervello, come l'Alzheimer e il Parkinson, i neuroni non riescono a comunicare correttamente tra loro. Dei ricercatori del Centro Tedesco per le Malattie Neurodegenerative (DZNE) di Bonn riferiscono ora sulla rivista Neuron che questi problemi di connettività possono essere attribuiti ad alterazioni nella struttura delle cellule nervose.

Per il loro studio, gli scienziati hanno studiato le cellule nervose malate con metodi ad alta precisione e hanno poi simulato le loro proprietà elettriche al computer. Secondo loro, una strategia innovativa per il trattamento di queste malattie neurodegenerative potrebbe essere costituita da interventi medici che conservano l'integrità strutturale dei neuroni.

All'interno del cervello, le cellule nervose, che sono anche chiamate «neuroni», si intrecciano in reti, e si trasmettono i segnali a vicenda. Perciò i neuroni formano delle ramificazioni intricate che consentano loro di trasmettere stimoli elettrici e di sincronizzare la loro attività.

"Tuttavia nell'Alzheimer, nel Parkinson e in altre malattie del cervello, le cellule nervose tendono ad atrofizzarsi. Questo è un sintomo tipico dei processi neurodegenerativi", spiega il professor Stefan Remy, che guida un gruppo di ricerca nel sito di Bonn del DZNE e lavora anche per il Dipartimento di Epilettologia dell'Ospedale Universitario di Bonn. "In generale, le cellule malate sono più piccole e con un numero minore di estensioni rispetto alle cellule sane".

Problemi di comunicazione

Sappiamo anche che la trasmissione del segnale tra neuroni è disturbata. Le cellule nervose sono iper-eccitabili. Come risultato sparano impulsi elettrici in una successione che potrebbe essere descritta bene come frenetica. "Questa attività ricorda un pò l'attività epilettica. Tuttavia fino ad oggi non era chiaro il legame tra i cambiamenti nella morfologia cellulare e la funzione anormale", osserva Remy. "Abbiamo scoperto che quando cambia la forma c'è un impatto diretto sulle proprietà elettriche della cellula. E' proprio come in un cavo di alimentazione elettrica: un cavo sottile e breve ha proprietà elettriche diverse da un cavo spesso e lungo. Siamo riusciti a dimostrare che l'ipereccitabilità può essere spiegata da cambiamenti nella struttura dei neuroni".

Il neuroscienziato sottolinea che questo risultato non esclude altri fattori, quali le alterazioni del metabolismo cellulare. "Tuttavia, i nostri risultati dimostrano che disfunzione e forma dei neuroni sono strettamente connesse. Fino ad ora non si sapeva di questo rapporto".

Misurazioni precise e simulazioni al computer

Per il loro studio, gli scienziati hanno combinato le ricerche sperimentali con delle simulazioni al computer. Inizialmente, hanno esaminato l'attività elettrica di singoli neuroni così come quella di gruppi più grandi di cellule. A tal fine, hanno studiato i topi, il cui cervello ha caratteristiche tipiche dell'Alzheimer. Inoltre, usando tecniche di microscopia ad alta definizione, gli scienziati hanno determinato le dimensioni delle cellule nervose sane e di quelle malate.

Sulla base di questi dati strutturali, la squadra di Remy ha creato un modello tridimensionale di un singolo neurone e ne hanno calcolato le proprietà elettriche. In questo modo i ricercatori hanno potuto collegare la disfunzione cellulare ai cambiamenti nella morfologia cellulare.

Un effetto generale

"Il nostro studio si è concentrato sull'Alzheimer. Tuttavia, le alterazioni nella morfologia delle cellule sono tipiche di tutte le malattie neurodegenerative. Di conseguenza, ipotizziamo che le disfunzioni nella comunicazione cellulare presenti in altre patologie del cervello siano anche una conseguenza dei mutamenti strutturali. Riteniamo che questo sia un effetto generale condiviso da diverse malattie".

Secondo il parere del ricercatore di Bonn, questi risultati gettano nuova luce sulle caratteristiche patologiche. E potrebbero infine contribuire anche alle opzioni di trattamento.

"I nostri risultati indicano che se si protegge la struttura delle cellule nervose, si proteggono anche le loro funzioni. Dei medicinali che puntano in particolare a salvaguardare la forma dei neuroni potrebbero avere potenzialmente un impatto positivo sulla progressione della malattia. La morfologia cellulare sarebbe un nuovo approccio per la terapia", dice Remy. "Inoltre, il nostro modello di computer potrebbe rivelarsi utile per studiare gli effetti di queste opzioni di trattamento e per prevedere il loro esito".

Fonte:  DZNE - German Center for Neurodegenerative Diseases (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Zuzana Šišková, Daniel Justus, Hiroshi Kaneko, Detlef Friedrichs, Niklas Henneberg, Tatjana Beutel, Julika Pitsch, Susanne Schoch, Albert Becker, Heinz von der Kammer, Stefan Remy. Dendritic Structural Degeneration Is Functionally Linked to Cellular Hyperexcitability in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Neuron, 2014; DOI: 10.1016/j.neuron.2014.10.024

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