Atlante delle cellule cerebrali umane’ porta nuove intuizioni sulla salute e le malattie del cervello

L'atlante delle cellule cerebrali umane apre nuove prospettive sulla salute e le patologie del cervello

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Dopo un enorme sforzo quinquennale, i ricercatori hanno svelato un “atlante” che offre una visione senza precedenti delle complessità del cervello umano.

L’atlante, che sarà disponibile per i ricercatori di tutto il mondo, può essere considerato simile agli atlanti che tutti conosciamo: un libro di mappe.

Ma questo cataloga le cellule cerebrali umane, la loro sorprendente diversità e complessità. In futuro, l’atlante aiuterà altri ricercatori a “navigare” nel cervello, ha dichiarato Bing Ren, professore presso l’Università della California, San Diego, che ha fatto parte del progetto di ricerca.

L’atlante comprende oltre 3.000 tipi di cellule cerebrali e offre una visione di come queste variano da una persona all’altra, di come differiscono dalle cellule cerebrali dei primati non umani, di come determinati tipi di cellule cerebrali sono correlati a specifiche malattie e altro ancora.

L’obiettivo finale, secondo Ren e altri esperti, è comprendere meglio il funzionamento del cervello umano e ciò che va storto nel ventaglio di condizioni neurologiche e psichiatriche che affliggono gli esseri umani, dalla peste l’Alzheimer alla depressione alla schizofrenia.

La pubblicazione dell’atlante delle cellule cerebrali, ha detto Ren, “è solo l’inizio”.

L’opera è dettagliata in una raccolta di 21 articoli pubblicati il 13 ottobre nelle riviste Science, Science Advances e Science Translational Medicine. Nel progetto sono stati coinvolti centinaia di scienziati provenienti da diversi paesi, riuniti nell’ambito del programma BRAIN Initiative dell’Istituto Nazionale della Salute degli Stati Uniti.

Il progetto ambizioso è stato reso possibile grazie a nuove tecnologie che consentono agli scienziati di studiare le caratteristiche e le funzioni delle singole cellule.

Una tale conoscenza approfondita delle cellule cerebrali potrebbe alla fine portare a nuovi trattamenti altamente mirati per le condizioni neuropsichiatriche, compresi quelli a cui nessuno ha ancora pensato, ha affermato il dottor Panos Roussos, professore presso l’Icahn School of Medicine del Mount Sinai di New York, che ha lavorato al progetto.

Molti farmaci attuali per tali malattie agiscono sui neurotrasmettitori, sostanze chimiche che aiutano le cellule cerebrali a comunicare tra loro.

Aiutano molte persone, ma “lasciano indietro molte altre”, ha detto il dottor Jeffrey Borenstein, presidente della Brain and Behavior Research Foundation di New York.

Borenstein, che non ha partecipato al progetto dell’atlante, lo ha definito un “lavoro molto importante”.

“Getta le basi per una migliore comprensione del funzionamento del cervello, sia nella salute che negli stati di malattia”, ha detto. “Credo che questo offra una grande speranza per le persone che vivono con malattie psichiatriche”.

Le cellule cerebrali umane, è giusto dire, sono diverse e complesse. Ogni cellula nel cervello ha la stessa sequenza di DNA, ma diversi tipi di cellule utilizzano geni diversi e in quantità diverse.

Per fare un’analogia, Ren ha detto che le cellule cerebrali possono essere considerate persone che vivono in diverse parti del mondo: a seconda di dove si trovano nel cervello, parlano lingue diverse.

Un obiettivo generale, secondo Ren e Roussos, è capire meglio come queste diverse tipologie di cellule cerebrali interagiscono tra loro, sia in salute che in malattia, e identificare le tipologie di cellule rilevanti per una determinata malattia.

Nel loro studio, il team di Ren ha analizzato tre cervelli umani, esaminando in dettaglio oltre 1 milione di cellule in 42 regioni cerebrali. Hanno identificato 107 sottotipi di cellule cerebrali diversi e sono stati in grado di correlare alcuni aspetti della biologia molecolare delle cellule a specifiche malattie, comprese schizofrenia, disturbo bipolare e malattia di Alzheimer.

Roussos ed i suoi colleghi, nel frattempo, hanno studiato tessuto cerebrale lungo tutto l’arco della vita, dalla sviluppo fetale all’età adulta. Questo è cruciale, ha detto Roussos, poiché diverse condizioni neuropsichiatriche hanno diversi momenti di insorgenza.

Anche loro sono stati in grado di mappare determinati tipi di cellule cerebrali a specifiche malattie. Ciò includeva associazioni precedentemente sconosciute, come il collegamento tra la sindrome di Tourette e le cellule chiamate oligodendrociti e il disturbo ossessivo-compulsivo con le astrociti.

“Se sai quale tipo di cellula è correlata a una malattia, puoi fare ipotesi sulle cause”, ha detto Ren.

Ha osservato che il suo lavoro, come alcuni studi precedenti, indica l’importanza delle cellule chiamate microglia nell’Alzheimer. Le microglia sono cellule immunitarie residenti nel cervello, e Ren e altri ricercatori sospettano che un insieme anormale di microglia “super-attivate” svolga un ruolo centrale causando l’Alzheimer, attaccando i neuroni del cervello.

“Quindi c’è un modo per ridurre tale iperattivazione?” ha detto Ren.

Tra le altre scoperte del progetto:

Ricercatori presso l’Istituto Allen per le Scienze del Cervello, a Washington, D.C., e altri centri hanno studiato quali geni sono “accesi” nelle singole cellule del cervello umano, permettendo loro di categorizzare oltre 3.000 diversi tipi di cellule cerebrali.
Le persone variano ampiamente nelle proporzioni dei diversi tipi di cellule cerebrali e nei geni attivi all’interno di quelle cellule.
Gli esseri umani condividono la stessa “architettura” di base delle cellule cerebrali con i nostri parenti primati più vicini, scimpanzé e gorilla. Ciò che differisce è quali geni quelle cellule “usano”. In particolare, queste differenze si riscontrano nei geni che permettono alle cellule cerebrali di connettersi e formare circuiti.

In una dichiarazione, il dott. John Ngai, direttore dell’iniziativa BRAIN del NIH, ha detto che le collaborazioni scientifiche del programma stanno “spingendo avanti il campo a un ritmo esponenziale”.

“I progressi e le possibilità sono stati semplicemente mozzafiato”, ha detto.

Ulteriori informazioni

Il National Institutes of Health degli Stati Uniti ha una guida sui concetti fondamentali del cervello.

FONTI: Bing Ren, PhD, professore di medicina cellulare e molecolare, Università della California, San Diego; Panos Roussos, MD, PhD, professore di psichiatria e genetica e scienze genomiche, direttore del Center for Disease Neurogenomics, Icahn School of Medicine presso il Monte Sinai, New York City; Jeffrey Borenstein, MD, Presidente e CEO, Brain and Behavior Research Foundation, New York City; Science Advances e Science, 13 ottobre 2023