A oltre cento anni dalla scoperta del neurone da parte del neuroanatomista Santiago Ramón y Cajal, gli scienziati continuano ad approfondire la conoscenza del cervello e del suo sviluppo. In una pubblicazione su Science Advances, un team dell’Institut Pasteur e del CNRS, in collaborazione con l’Università di Harvard, ha rivelato nuove conoscenze su come le cellule degli strati esterni del cervello interagiscono subito dopo la nascita durante la formazione del cervelletto, la regione cerebrale situata nella parte posteriore del cranio. Gli scienziati hanno dimostrato un nuovo tipo di connessione tra le cellule precursori neurali attraverso i nanotubi, prima ancora della formazione delle sinapsi, le giunzioni convenzionali tra i neuroni. Nel 2009, l’équipe di Chiara Zurzolo (Unità Traffico di Membrana e Patogenesi dell’Institut Pasteur) ha identificato un nuovo meccanismo di comunicazione diretta tra cellule neuronali in coltura attraverso tunnel nanoscopici, noti come nanotubi tunnel. Questi sono coinvolti nella diffusione di varie proteine tossiche che si accumulano nel cervello durante le malattie neurodegenerative. I nanotubi potrebbero quindi essere un bersaglio adatto per il trattamento di queste malattie o dei tumori, dove sono anch’essi presenti. In questo nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto dei tunnel nanoscopici che collegano le cellule precursori nel cervello, in particolare nel cervelletto – un’area che si sviluppa dopo la nascita ed è importante per effettuare aggiustamenti posturali per mantenere l’equilibrio – mentre maturano in neuroni. Questi tunnel, sebbene di dimensioni simili, variano nella forma da uno all’altro: alcuni contengono ramificazioni mentre altri no, alcuni sono avvolti dalle cellule che collegano mentre altri sono esposti all’ambiente locale. Gli autori ritengono che queste connessioni intercellulari (IC) possano consentire lo scambio di molecole che aiutano le cellule pre-neuronali a migrare fisicamente attraverso i vari strati e a raggiungere la loro destinazione finale durante lo sviluppo del cervello.
“Dimostriamo che non ci sono solo sinapsi che permettono la comunicazione tra le cellule nel cervello, ma anche nanotubi”, afferma il dott. Zurzolo, autore senior e capo dell’Unità Traffico di Membrana e Patogenesi (Institut Pasteur/CNRS).
Il tunnel del cervello in 3D
Per arrivare a queste scoperte, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di microscopia elettronica tridimensionale (3D) e cellule cerebrali di modelli murini per studiare come le regioni cerebrali comunicano tra loro. È stato così possibile ricostruire mappe di reti neurali ad altissima risoluzione. Il volume 3D del cervelletto prodotto e utilizzato per lo studio contiene oltre 2.000 cellule. “Se si vuole davvero capire come si comportano le cellule in un ambiente tridimensionale e mappare la posizione e la distribuzione di questi tunnel, è necessario ricostruire un intero ecosistema del cervello, il che richiede uno sforzo straordinario con una ventina di persone coinvolte nell’arco di 4 anni”, ha dichiarato Diego Cordero, primo autore dell’articolo. Per affrontare la sfida di lavorare con l’ampia gamma di tipi di cellule presenti nel cervello, gli autori hanno utilizzato uno strumento di intelligenza artificiale per distinguere automaticamente gli strati corticali. Inoltre, hanno sviluppato un programma open-source chiamato CellWalker per caratterizzare le caratteristiche morfologiche dei segmenti 3D. Il blocco di tessuto è stato ricostruito da immagini di sezioni cerebrali. Questo programma, reso disponibile gratuitamente, consentirà agli scienziati di analizzare rapidamente e facilmente le complesse informazioni anatomiche contenute in questo tipo di immagini al microscopio. Il passo successivo sarà quello di identificare la funzione biologica di questi tunnel cellulari per comprendere il loro ruolo nello sviluppo del sistema nervoso centrale e in altre regioni cerebrali, e la loro funzione nella comunicazione tra le cellule cerebrali nelle malattie neurodegenerative e nei tumori. Gli strumenti computazionali sviluppati saranno messi a disposizione di altri gruppi di ricerca in tutto il mondo.
