Un cervello umano ricreato in laboratorio: scoperto un conduttore nascosto

iStock

É stato compiuto un passo in avanti chiave nella comprensione di come si formi il cervello umano. La notizia giunge dal Giappone, dove un gruppo di ricercatori è stato in grado di ricostruire in laboratorio dei circuiti neurali complessi, partendo da cellule staminali.

Attraverso dei modelli tridimensionali, noti come assembloidi, gli scienziati hanno di fatto osservato in tempo reale l’interazione tra talamo e corteccia. In questo modo hanno potuto scoprire che il primo svolge un ruolo chiave nell’organizzare e far maturare le reti neuronali corticali. Uno studio che ci lancia nel futuro, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences. Un passo chiave nello studio e risoluzione dei disturbi neurologici.

Un cervello in laboratorio

Sembra quasi una storia degna del Dottor Frankenstein. In questo caso, però, nessuna creatura è stata assemblata e destata. Occorre iniziare dal fatto che, nel corso degli ultimi anni, gli organoidi cerebrali (piccole strutture tridimensionali ottenute da cellule staminali pluripotenti indotte) hanno consentito la simulazione dello sviluppo di singole regioni del cervello umano.

Un organoide isolato non è però sufficiente a riprodurre la complessità delle connessioni tra aree diverse. Un limite superato dal team guidato dal professor Fumitaka Osakada, dell’Università di Nagoya.

Sono stati infatti sviluppati gli assembloidi, unendo fisicamente organoidi che rappresentano regioni differenti (nel caso specifico, talamo e corteccia). La fusione ha consentito alle due strutture di crescere insieme, stabilendo connessioni sinaptiche, ricreando un circuito funzionale simile a quello che si forma nel cervello umano, quando in via di sviluppo.

Il talamo come regista

Osservando e analizzando questi “mini-cervelli” interconnessi, i ricercatori hanno notato che le fibre nervose del talamo si estendevano verso la corteccia e viceversa. Ciò ha portato alla formazione di sinapsi organizzate.

Il dato più interessante, però, riguarda l’impatto funzionale di questa interazione. Confrontando la corteccia collegata al talamo con una corteccia cresciuta da sola, infatti, sono emerse differenze enormi nell’espressione genica e nel grado di maturazione.

Il talamo accelera lo sviluppo delle reti corticali e, al tempo stesso, lo guida. Ciò suggerisce che tale struttura giochi un ruolo chiave di direzione per la formazione dei circuiti neurali.

Sincronizzazione selettiva dei neuroni

Il team si è soffermato anche sull’attività elettrica nello specifico, osservando come i segnali partissero dal talamo e si propagassero nella corteccia (come onde sincronizzate). Non tutti i neuroni, però, rispondono alla stessa maniera.

La sincronizzazione ha infatti coinvolto, durante gli esperimenti, principalmente due tipi (caratterizzati da connessioni di ritorno verso il talamo):

• neuroni del tratto piramidale (PT);
• neuroni corticotalamici (CT).

I neuroni intratelencefalici (IT) invece, che non proiettano verso il talamo, sono rimasti in gran parte esclusi da questa attività coordinata. Ciò indica che i segnali talamici rafforzano selettivamente i circuiti che partecipano a un dialogo bidirezionale con la corteccia, contribuendo alla loro maturazione funzionale.

Modelli per lo studio dei disturbi neurologici

Riuscire a comprendere come si organizzano i circuiti corticali è fondamentale anche dal punto di vista della ricerca clinica. Si pensi ai disturbi dello spettro autistico, ad esempio, così come ad altre patologie neuroevolutive. Queste reti possono svilupparsi in maniera anomala.

Disporre di un modello umano in vitro che riproduce l’interazione tra regioni cerebrali permette di studiare direttamente i meccanismi alla base di tali alterazioni.

Secondo Osakada, questo approccio “costruttivista” alla biologia del cervello rappresenta un potente strumento per esplorare le differenze tra tipi cellulari, testare farmaci e, in prospettiva, comprendere meglio l’origine di malattie neurologiche e psichiatriche.