Un team di ricercatori dell'Institut de recherches cliniques de Montreal, guidato da Frédéric Charron PhD, in collaborazione con i bioingegneri della McGill University, ha scoperto un nuovo tipo di sinergie nello sviluppo del sistema nervoso, che spiega un meccanismo importante richiesto perché i circuiti neurali si formino correttamente.
La loro scoperta, pubblicata ieri sulla rivista scientifica PLoS Biology, potrebbe in definitiva aiutare a sviluppare strumenti per riparare le cellule nervose a seguito di una lesione del sistema nervoso (come il cervello e il midollo spinale).
I ricercatori del laboratorio del Dr. Charronin studiano i neuroni, le cellule nervose che compongono il sistema nervoso centrale, così come le loro lunghe estensioni chiamate assoni. Durante lo sviluppo, gli assoni devono seguire percorsi specifici nel sistema nervoso per formare adeguatamente i circuiti neurali e permettere ai neuroni di comunicare tra loro.
I ricercatori dell'IRCM stanno studiando un processo chiamato «indirizzamento degli assoni» [axon guidance] per capire meglio come gli assoni riescono a seguire i percorsi corretti. "Per raggiungere il loro obiettivo, gli assoni che crescono si basano su molecole chiamate «indizi di indirizzamento» [guidance cues], che li istruiscono su quale direzione prendere, respingendoli o attirandoli alla loro destinazione", spiega il Dr. Charron, Direttore dell'unità di ricerca «Biologia Molecolare dello Sviluppo Neuronale» dell'IRCM.
Negli ultimi decenni, la comunità scientifica ha faticato a capire perché dovrebbe essere necessario agli assoni più di un indizio di indirizzamento per raggiungere l'obiettivo corretto. In questo lavoro, gli scienziati dell'IRCM hanno scoperto che gli assoni usano le informazioni provenienti da più indizi di indirizzamento per prendere le loro decisioni sul percorso da prendere.
Per farlo, hanno studiato il cambiamento relativo di concentrazione degli indizi di indirizzamento nell'ambiente del neurone, che viene indicato come «pendenza del gradiente».
"Abbiamo scoperto che la pendenza del gradiente è un fattore critico per l'indirizzamento degli assoni; più è ripida la pendenza, meglio rispondono gli assoni agli indizi di indirizzamento", dice Tyler FW Sloan, dottorando del laboratorio del Dr. Charron e primo autore dello studio. "Inoltre, abbiamo dimostrato che il gradiente di un indizio di indirizzamento potrebbe non essere sufficientemente inclinato per orientare gli assoni. In questi casi, abbiamo svelato che una combinazione di indizi di indirizzamento può comportarsi in sinergia con altre per aiutare l'assone ad interpretare la direzione del gradiente".
In collaborazione con il Program in Neuroengineering della McGill University, il team del Dr. Charron ha sviluppato una tecnica innovativa per ricreare in vitro i gradienti di concentrazione degli indizi di indirizzamento, vale a dire che essi possono ora studiare gli assoni in sviluppo al di fuori del loro contesto biologico.
"Questo nuovo metodo ci offre diversi vantaggi rispetto alle tecniche precedenti, e ci permette di simulare condizioni più realistiche incontrate nello sviluppo di embrioni, di condurre esperimenti a lungo termine per osservare l'intero processo di orientamento degli assoni, e di ottenere dati quantitativi estremamente utili", aggiunge Sloan. "Esso unisce conoscenze dal campo della microfluidica (che utilizza i fluidi su scala microscopica per miniaturizzare esperimenti biologici) con gli studi cellulari, biologici e molecolari che conduciamo nei laboratori".
"Questo è vero lavoro multidisciplinare, e un ottimo esempio di ciò che il Program in Neuroengineering si propone di realizzare in situazioni in cui i neurobiologi come me hanno una questione specifica che vogliono affrontare, ma non hanno gli strumenti adatti per trovare la risposta", dice il Dr. Charron. "Così, grazie a questo programma unico, abbiamo collaborato con i bioingegneri, gli esperti di modellazione microfluidica e matematica della McGill, per creare il dispositivo necessario per il nostro studio".
"Questa scoperta scientifica potrebbe portarci più vicino a riparare le cellule nervose danneggiate a seguito di lesioni del sistema nervoso centrale", afferma il Dr. Charron. "Capire meglio i meccanismi coinvolti nell'indirizzamento degli assoni ci potrà offrire nuove possibilità per lo sviluppo di tecniche per il trattamento di lesioni derivanti da lesioni del midollo spinale, e forse anche delle malattie neurodegenerative".
Le lesioni del sistema nervoso centrale influenzano migliaia di canadesi ogni anno e possono portare a disabilità permanente. Queste lesioni, causate il più delle volte da incidenti, ictus o malattie, sono attualmente molto difficili da riparare. E' quindi necessaria ricerca per sviluppare nuovi strumenti per riparare i danni al sistema nervoso centrale.
Fonte: Institut de recherches cliniques de Montreal (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Tyler F. W. Sloan, Mohammad A. Qasaimeh, David Juncker, Patricia T. Yam, Frédéric Charron. Integration of Shallow Gradients of Shh and Netrin-1 Guides Commissural Axons. PLoS One, March 2015 DOI: 10.1371/journal.pbio.1002119
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