Sezionare il cervello, una cellula alla volta

Impostazione di una base di riferimento a una cella per la comprensione dei disturbi cognitivi e delle malattie

Fonte: Arek Socha / Pixabay

I ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze di Pechino hanno aperto nuove strade con il loro recente lavoro di esame della corteccia prefrontale a livello di singola cellula durante lo sviluppo fetale umano.

La corteccia prefrontale umana (PFC), un’area del cervello che contiene oltre un miliardo di cellule, è spesso riconosciuta per il suo ruolo nel processo decisionale, ampiamente menzionata nel contesto della maturità adolescenziale (… o della sua mancanza). Gli studi di neuroimaging suggeriscono fortemente che il nostro PFC si sta ancora sviluppando nei nostri 20 anni, il che ha senso quando ci troviamo a fare domande del tipo: “Perché questi quindicenni si sfidano a vicenda per mangiare i Tide Pods?”

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Il nostro PFC è essenziale per la cognizione di ordine superiore, compresa la memoria di lavoro e il funzionamento socio-emotivo, mentre continua a sviluppare nuove connessioni e modifiche all’interno dei suoi circuiti durante l’invecchiamento. Le popolazioni di cellule funzionali sorgono e migrano dappertutto nello sviluppo del PFC in utero , ma i cambiamenti molecolari alla base di questo stadio iniziale di sviluppo sono rimasti ampiamente sconosciuti, in parte a causa della difficoltà di definire con precisione quali tipi di cellule si trovano all’interno della corteccia prefrontale, un compito molto più complesso di quanto possa sembrare.

Il team di ricerca con sede a Pechino, guidato in parte dal Dr. Xiaoqun Wang, non solo ha analizzato l’espressione genica di oltre 2.300 singole cellule nel PFC, ha studiato le traiettorie di sviluppo di quelle cellule dalle settimane di gestazione dall’8 al 26 (tutto il lavoro è stato svolto in accordo con il comitato etico dello studio sulla riproduzione nell’università di Pechino).

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Fonte: Gerd Altmann / Pixabay

Usando il sequenziamento dell’RNA monocellulare, una tecnica che consente agli scienziati di determinare quali geni vengono espressi in ogni cellula (sulla base delle trascrizioni presenti), i ricercatori hanno identificato sei principali classi di cellule nello sviluppo di PFC umano e 35 sottotipi all’interno di tali classi. Nel fare ciò, non solo hanno illustrato la diversità dei tipi di cellule nella PFC umana, indicando la complessità cellulare alla base della cognizione umana, hanno scoperto nuovi marcatori genetici delle cellule progenitrici neurali (NPC). Gli NPC sono cellule che non solo hanno la capacità di auto-replicarsi, ma si differenziano anche per diventare tipi di cellule più specializzate, ad esempio le cellule gliali essenziali ma alquanto enigmatiche all’interno del cervello.

Scoprire questi marcatori non solo ha mostrato l’eterogeneità all’interno degli NPC, ma ha fornito agli scienziati uno strumento aggiuntivo per indagare come un tipo di cellula dà origine a un altro e consente la formazione di importanti circuiti neuronali nel corso dello sviluppo fetale.

Il PFC è stato implicato nei principali deficit cognitivi e nei disturbi del neurosviluppo, inclusa la schizofrenia. Nel caso della schizofrenia, si osservano cambiamenti nella struttura e nella funzione della PFC, in parte a causa del diradamento della corteccia. Il gruppo di ricerca è stato in grado di delineare quando i neuroni eccitatori e inibitori, cellule nel PFC che sono stati collegati a disturbi tra cui la schizofrenia e l’autismo, appaiono prima e maturi. Comprendere come e quando questi tipi di cellule insorgono potrebbe fornire le basi per lo sviluppo di terapie per questi e relativi difetti neurologici.

Questo team basato a Pechino non è stato il primo a esplorare il cervello umano a livello di singola cellula, e sicuramente non sarà l’ultimo. I ricercatori stanno continuamente lavorando per ottimizzare il modo in cui raccolgono informazioni su diverse regioni del cervello, a diversi stadi di sviluppo, creando un modello di riferimento completo per lo studio delle basi molecolari dell’esperienza umana, dalla formazione della memoria alla malattia neurodegenerativa. Man mano che i metodi high-throughput diventano più comuni, le nuove scoperte continuano a portarci più vicino alla comprensione del paesaggio incredibilmente scoraggiante, ma bello, che è il cervello umano.