Ricerche

Ricercatori dell'Università del Wisconsin di Madison hanno identificato una proteina cruciale per lo sviluppo di un tipo di cellula cerebrale che si ritiene abbia un ruolo in disturbi come il morbo di Alzheimer (MA) e il Parkinson e hanno usato la scoperta per generare per la prima volta neuroni da cellule staminali.

I neuroni della norepinefrina (o noradrenalina) derivati-da-cellule-staminali del tipo presente nella parte del cervello umano chiamata locus coeruleus, rendono possibile la ricerca in molte malattie psichiatriche e neurodegenerative e sono uno strumento per sviluppare nuovi modi per trattarle.

Yunlong Tao, ricercatore della Nanjing University in Cina, che era professore di ricerca al Waisman Center della UW-Madison quando fu condotto lo studio, e Su-Chun Zhang, professore di neuroscienze e neurologia della UW-Madison, hanno pubblicato su Nature Biotechnology il loro lavoro sulle cellule, che chiamano 'neuroni LC-NE'.

I neuroni della noradrenalina nel locus coeruleus regolano il battito cardiaco, la pressione, l'eccitazione, la memoria, l'attenzione e le reazioni lotta-o-fuggi. Gli esseri umani hanno circa 50.000 neuroni LC-NE nel rombencefalo, dove si trova il locus coeruleus. Da lì, i neuroni LC-NE raggiungono tutte le parti del cervello e il midollo spinale.

“I neuroni della noradrenalina nel locus coeruleus sono essenziali per la nostra vita, tanto che le chiamiamo 'centro della vita' ", afferma Zhang. "Senza queste cellule nervose, probabilmente non ci saremmo sulla Terra".

Questi neuroni svolgono anche un ruolo, purtroppo sconosciuto, in varie malattie neurodegenerative e neuropsichiatriche. In molte malattie neurodegenerative come MA e Parkinson, i neuroni iniziano a degenerare in una fase molto precoce, a volte anni prima che altre regioni cerebrali inizino a perdere colpi.

"I ricercatori lo notano da molto tempo, ma non sanno quale sia la funzione del locus coeruleus in questo processo. E in parte perché non abbiamo un buon modello per imitare i neuroni umani LC-NE", afferma Tao, primo autore dello studio.

I precedenti tentativi di creare questi neuroni dalle cellule staminali umane hanno seguito un protocollo basato sullo sviluppo dei neuroni LC-NE nei topi. Per due anni, Tao ha esplorato il motivo per cui questi tentativi fallivano e come lo sviluppo dei neuroni dalle cellule staminali fosse diverso nell'uomo.

Nel nuovo studio ha scoperto quanto è importante, per regolare la neurogenesi nei neuroni NE umani, l'activina-A, una proteina che appartiene a una famiglia di fattori di crescita.

"Ora abbiamo nuovi dettagli sullo sviluppo del locus coeruleus", afferma Tao. "Questa è la scoperta principale di questo studio, e sulla base di tale scoperta, siamo in grado di generare neuroni della norepinefrina del locus coeruleus".

Per creare neuroni LC-NE, i ricercatori hanno convertito cellule staminali pluripotenti umane in cellule del rombencefalo. Quindi, usando l'activina-A e una serie di segnali aggiuntivi, hanno guidato lo sviluppo delle cellule verso il loro destino di neuroni LC-NE.

Una volta convertite, le cellule hanno mostrato caratteristiche tipiche dei neuroni LC-NE funzionanti nel cervello umano, rilasciando il neurotrasmettitore noradrenalina. Hanno anche mostrato un'arborizzazione assonale (estensione dei bracci lunghi e ramificati dei neuroni che consentono le connessioni tra le cellule cerebrali) e hanno reagito alla presenza di anidride carbonica, che è cruciale per il controllo della respirazione.

Le nuove cellule possono fungere da modelli per le malattie nell'uomo, consentendo agli scienziati di selezionare farmaci per potenziali trattamenti e rispondere a domande come il motivo per cui le cellule nel locus coeruleus muoiono così presto nelle malattie neurodegenerative.

"Se questo è in qualche modo causale, allora potremmo potenzialmente fare qualcosa per prevenire o ritardare il processo di neurodegenerazione", afferma Zhang.

Le cellule LC-NE possono un giorno servire da terapia con cellule staminali.

"L'applicazione di queste cellule è piuttosto ampia per la loro significatività", afferma Zhang.

Successivamente, i ricercatori hanno in programma di esaminare i meccanismi dettagliati attraverso i quali l'activina-A regola lo sviluppo dei neuroni LC-NE. Il gruppo userà le cellule anche nel lavoro traslazionale per selezionare farmaci e modellare la malattia.