Ricerche

Un nuovo studio uscito ieri sul Journal of Neuroscience dimostra che un trauma cranico può interrompere il funzionamento del sistema di rimozione dei rifiuti del cervello.

In questo caso, le proteine ​​tossiche possono accumularsi nel cervello, ponendo le basi per l'insorgenza di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e l'encefalopatia traumatica cronica.

"Sappiamo che il trauma cranico in età più giovane è un fattore di rischio per lo sviluppo precoce della demenza nei decenni che seguono", ha detto Maiken Nedergaard, MD, DMSc., condirettore del Center for Translational Neuromedicine alla University of Rochester e autore senior dell'articolo. "Questo studio dimostra che queste lesioni mettono in moto una serie di eventi a cascata che compromettono la capacità del cervello di eliminare i rifiuti [cellulari], consentendo alle proteine ​​come la tau di diffondersi in tutto il cervello e, infine, di raggiungere livelli tossici".

I risultati sono gli ultimi di una serie di nuove scoperte che stanno radicalmente cambiando il modo in cui gli scienziati vedono i disturbi neurologici. Queste scoperte sono possibili a seguito di uno studio pubblicato nel 2012, in cui Nedergaard ed i suoi colleghi hanno descritto un sistema precedentemente sconosciuto di rimozione dei rifiuti che è unico del cervello, che i ricercatori hanno definito sistema glinfatico.

Il cervello è sostanzialmente isolato dal resto del corpo da un complesso sistema di cancelli molecolari, chiamato barriera emato-encefalica, che controlla strettamente ciò che entra ed esce dal cervello. Di conseguenza, il sistema normale di rimozione dei rifiuti del corpo non è presente nel cervello. Come per il resto del corpo, è però essenziale una tempestiva rimozione dei rifiuti dal cervello per prevenire l'accumulo incontrollato di proteine ​​tossiche e di altri detriti. Tuttavia, fino a poco tempo non si capiva come il cervello eseguisse questo compito.

Nedergaard ed i suoi colleghi hanno dimostrato che i topi, il cui cervello è molto simile a quello degli esseri umani, possiedono ciò che equivale a un sistema idraulico che si appoggia sui vasi sanguigni per pompare il fluido cerebrale spinale (CSF), il liquido che circonda il cervello, attraverso il tessuto cerebrale, spazzando via i rifiuti dagli spazi tra le cellule del cervello. Studi recenti hanno dimostrato che il sistema glinfatico è più attivo durante il sonno, spiegando così perché il sonno è così rinfrescante per la mente, e che la sua funzionalità diminuisce con l'età.

"Il fallimento del sistema glinfatico può essere uno dei motivi per cui il cervello che invecchia è così vulnerabile alle malattie come l'Alzheimer", ha detto Jeffrey Iliff, PhD, co-autore dello studio, membro del gruppo di ricerca di Nedergaard, e assistente professore alla Oregon Health and Science University. "E' sorprendente che gli stessi cambiamenti che vediamo nel cervello che invecchia si riflettano nel cervello giovane dopo una lesione cerebrale traumatica. Questo suggerisce che tali eventi possono essere il collegamento comune della neurodegenerazione, tra ciò che accade negli anziani e cosa succede dopo un trauma cerebrale".

La nuova ricerca si concentra sull'impatto che ha un trauma cranico sul sistema glinfatico. Da tempo si è osservato che la proteina tau ha un ruolo importante nel danno a lungo termine subito dal cervello dopo un trauma. La tau aiuta a stabilizzare le fibre (gli assoni) che le cellule nervose emettono per comunicare con quelle vicine. Tuttavia, durante il trauma, un gran numero di queste proteine ​​sono scrollate via dagli assoni, andando alla deriva nello spazio tra le cellule del cervello. Una volta disormeggiate dalle cellule nervose, queste proteine ​​adesive vengono attratte l'una all'altra e, nel tempo, formano "grovigli" sempre più grandi che possono diventare tossici per le funzioni cerebrali.

In circostanze normali, il sistema glinfatico è in grado di eliminare le tau randagie dal cervello. Tuttavia, quando i ricercatori hanno studiato il cervello dei topi con lesioni cerebrali traumatiche, hanno trovato che il trauma ha danneggiato il sistema glinfatico, in particolare nella capacità degli astrociti (cellule di supporto del cervello) di regolare il processo di pulizia. Gli astrociti hanno un ruolo fondamentale nell'organizzazione del flusso del CSF nel cervello. Ramificazioni di queste cellule circondano i vasi sanguigni del cervello creando uno spazio (essenzialmente un tubo all'interno di un tubo) in cui il CSF può seguire il percorso dei vasi sanguigni e fluire verso l'interno del cervello.

I rami degli astrociti che formano il "tubo" esterno sono rivestiti con un numero enorme di strutture note come canali d'acqua (aquaporine), che aiutano a garantire un flusso efficiente di CSF lungo i vasi sanguigni e verso il cervello. I ricercatori hanno osservato che dopo una lesione cerebrale traumatica, le acquaporine perdono la loro organizzazione, compromettendo il flusso del CSF nel cervello.  "Per eliminare la spazzatura il sistema glinfatico deve pompare il CSF attraverso il cervello", ha detto Nedergaard. "Questo studio sembra indicare che il sistema è molto delicato e che le piccole variazioni nell'organizzazione dei canali d'acqua possono comportare la perdita funzionale".

Molto tempo dopo l'infortunio, i ricercatori hanno notato che la tau in eccesso non veniva eliminata dal cervello degli animali, e che la stessa aveva cominciato ad aggregarsi in tutto il cervello. Negli animali con canali d'acqua acquaporine deteriorati, la tau si è accumulata molto più rapidamente.

I ricercatori hanno anche fatto eseguire agli animali una serie di esperimenti per testare la loro memoria e le capacità cognitive. Tutti gli animali con lesioni cerebrali traumatiche hanno ottenuto risultati molto peggiori rispetto ai controlli. Gli animali con funzionalità canali d'acqua compromessa sono andati anche peggio e non hanno mostrato alcun miglioramento nel tempo.

"Per lungo tempo abbiamo visto le malattie neurodegenerative come l'Alzheimer come un problema di fornitura, il che significa che credevamo che il cervello producesse troppa tau e beta-amiloide", ha detto Benjamin Plog, studente MD/PhD nel laboratorio di Nedergaard e co-autore dello studio. "Ora sembra che queste condizioni possano in definitiva essere collegate a un problema di eliminazione, per il quale qualcosa impedisce al sistema glinfatico di rimuovere i rifiuti dal cervello in modo sufficientemente veloce".

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Hanno collaborato anche Michael Chen, Yang Lijun, Itender Singh e Rashid Deane dell'Università di Rochester, e Douglas Zeppenfeld dell'Oregon Health and Science University. Lo studio è stato finanziato del National Institute of Neurological Disorder and Stroke e dall'American Heart Association.

Fonte: University of Rochester via EurekAlert! (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  J. J. Iliff, M. J. Chen, B. A. Plog, D. M. Zeppenfeld, M. Soltero, L. Yang, I. Singh, R. Deane, M. Nedergaard. Impairment of Glymphatic Pathway Function Promotes Tau Pathology after Traumatic Brain Injury. Journal of Neuroscience, 2014; 34 (49): 16180 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3020-14.2014

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