Alcune aree del cervello adulto contengono cellule staminali neurali quiescenti o inattive che possono potenzialmente essere riattivate per formare nuovi neuroni. Tuttavia, la transizione dalla quiescenza alla proliferazione è ancora poco conosciuta. Un team guidato da scienziati delle Università di Ginevra (UNIGE) e Losanna (UNIL) ha scoperto l’importanza del metabolismo cellulare in questo processo e come queste cellule staminali neurali possano essere risvegliate e riattivate. I biologi sono riusciti ad aumentare il numero di nuovi neuroni nel cervello di topi adulti e persino anziani. Questi risultati, promettenti per il trattamento delle malattie neurodegenerative, sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.

La perdita di cellule staminali neurali in età avanzata compromette i processi di apprendimento e memoria

Le cellule staminali hanno la capacità unica di creare continuamente copie di se stesse, dando origine a cellule differenziate con funzioni più specializzate. Le cellule staminali neurali (NSC) sono responsabili della costruzione del cervello durante lo sviluppo embrionale e generano tutte le cellule del sistema nervoso centrale, compresi i neuroni.

Sorprendentemente, le NSC persistono in alcune regioni cerebrali anche dopo che il cervello è completamente formato e possono formare nuovi neuroni per tutta la vita. Questo fenomeno biologico, chiamato neurogenesi adulta, è importante per alcune funzioni come i processi di apprendimento e memoria. Nel cervello adulto, tuttavia, queste cellule staminali diventano più silenziose o “dormienti”, riducendo la loro capacità di rinnovarsi e differenziarsi. Di conseguenza, la neurogenesi diminuisce notevolmente con l’età. Nei laboratori di Jean-Claude Martinou, professore emerito presso il Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare della Facoltà di Scienze dell’UNIGE, e di Marlen Knobloch, professore associato presso il Dipartimento di Scienze Biomediche della Facoltà di Biologia e Medicina dell’UNIL, è stato rivelato un meccanismo metabolico che consente alle NPC adulte di uscire dallo stato di quiescenza e di diventare attive.

L’attivazione delle cellule staminali neurali porta alla formazione di nuovi neuroni nel cervello

I ricercatori hanno scoperto che i mitocondri, gli organelli che producono energia nelle cellule, sono coinvolti nella regolazione del livello di attivazione delle NSC adulte. Il trasportatore mitocondriale del piruvato (MPC), un complesso proteico scoperto undici anni fa, svolge un ruolo particolare in questa regolazione. La sua attività influenza le opzioni metaboliche che una cellula può utilizzare. Conoscendo le vie metaboliche che distinguono le cellule attive da quelle dormienti, gli scienziati possono risvegliare le cellule dormienti alterando il loro metabolismo mitocondriale.

Potenziali opzioni terapeutiche

I biologi hanno bloccato l’attività delle MPC utilizzando inibitori chimici o creando topi mutanti per il gene Mpc1. Utilizzando questi approcci farmacologici e genetici, gli scienziati sono riusciti ad attivare le NSC dormienti, generando così nuovi neuroni nel cervello di topi adulti e persino anziani. Con questo lavoro, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che il reindirizzamento delle vie metaboliche può influenzare direttamente lo stato di attività delle NSC adulte e quindi il numero di neuroni di nuova formazione. Questi risultati gettano nuova luce sul ruolo del metabolismo cellulare nella regolazione della neurogenesi. A lungo termine, questi risultati potrebbero portare a potenziali trattamenti per patologie come la depressione o le malattie neurodegenerative.

Ringiovanire il cervello con le cellule staminali

Ricerche precedenti hanno dimostrato che l’aumento del numero di cellule staminali nel cervello aiuterebbe a ripristinare le funzioni cognitive, come l’apprendimento e la memoria, che si perdono con l’età. Per studiare questo aspetto, gli scienziati del Centro per le terapie rigenerative della TU di Dresda (CRTD) hanno utilizzato un metodo sviluppato in laboratorio per stimolare il piccolo pool di cellule staminali neurali cerebrali situate nel cervello per aumentarne il numero e anche per aumentare il numero di neuroni prodotti da queste cellule staminali. Sorprendentemente, un numero maggiore di cellule nervose è stato in grado di sopravvivere nel cervello dei topi anziani e di stabilire nuovi contatti con le cellule vicine. Gli scienziati hanno quindi esaminato un’importante capacità cognitiva che si perde con l’età, simile a quella dei topi e degli esseri umani: la navigazione.

È noto che le persone imparano ad adattarsi a un nuovo ambiente in modo diverso a seconda che siano giovani o anziane. In giovane età, il cervello può creare e ricordare una mappa cognitiva dell’ambiente, ma questa capacità diminuisce nei cervelli più anziani. Come soluzione alternativa al problema, senza una mappa cognitiva dell’ambiente, i cervelli più anziani devono imparare le sequenze fisse di curve e tornanti necessarie per raggiungere un obiettivo specifico. Sebbene le due strategie possano sembrare simili in superficie, solo una mappa cognitiva può consentire alle persone di navigare in modo efficiente quando devono partire da una nuova posizione o raggiungere una nuova destinazione.

Più neuroni aiutano a rallentare il processo di invecchiamento del cervello

L’aumento del numero di neuroni sarebbe sufficiente a contrastare il declino della capacità di navigazione del cervello e a rallentare il processo di invecchiamento? La risposta è sì: i topi anziani con un maggior numero di cellule staminali e di neuroni hanno riacquistato la capacità perduta di mappare l’ambiente e lo ricordano più a lungo, rendendoli più simili ai topi giovani. Ancora meglio, quando le cellule staminali neurali sono state stimolate nel cervello di topi giovani, il deterioramento cognitivo è stato ritardato e la memoria è stata conservata meglio per tutta la vita naturale degli animali.

Nei giovani, un’area del cervello chiamata ippocampo è fondamentale per ricordare luoghi ed eventi ed è anche responsabile della creazione di mappe di nuovi ambienti. Gli anziani, invece, utilizzano altre strutture più legate allo sviluppo delle abitudini. È stato interessante vedere che l’aggiunta di un maggior numero di neuroni all’ippocampo dei topi anziani ha permesso loro di utilizzare strategie tipiche degli animali giovani. Non si trattava solo della velocità di apprendimento, ma anche della diversità del processo di apprendimento stesso.

Anche gli esseri umani hanno alcune cellule staminali nel cervello, che notoriamente si riducono rapidamente nel corso della vita. Individuare le cause dei deficit cognitivi in età avanzata e salvarle è fondamentale nella nostra società che invecchia rapidamente. I ricercatori sono riusciti a dimostrare che i deficit legati all’età possono essere contrastati privando il cervello del suo potenziale neurogenico endogeno, ringiovanendo così la sua funzione.