Scienziati dell'Università di Cambridge hanno creato minuscoli sistemi cerebrali e spinali cresciuti in laboratorio che imitano il modo in cui i segnali di movimento viaggiano attraverso il sistema nervoso umano. Usando questo modello, il team ha scoperto che il danno nervoso un tempo ritenuto permanente potrebbe in realtà essere reversibile in determinate condizioni.

Mentre il corpo umano si sviluppa da embrione a feto e infine a neonato, i neuroni formano complesse reti di comunicazione tra cervello e midollo spinale. Questi segnali viaggiano attraverso gli assoni, le lunghe fibre nervose che permettono ai neuroni di inviare messaggi e controllare il movimento muscolare. Col tempo, tuttavia, il sistema nervoso centrale perde in gran parte la capacità di rigenerare gli assoni danneggiati. Di conseguenza, le lesioni al cervello o al midollo spinale diventano spesso permanenti, portando a gravi disabilità come paralisi o perdita di movimento. Questa perdita di capacità rigenerativa è anche collegata a malattie neurologiche come la sclerosi laterale amiotrofica e la sclerosi multipla.

Nel 2021, il Dr. András Lakatos e i suoi colleghi dell'Università di Cambridge hanno sviluppato modelli cerebrali umani in miniatura utilizzando cellule staminali prelevate da pazienti. Questi 'organoidi cerebrali' grandi come un pisello assomigliavano a parti della corteccia cerebrale e permettevano ai ricercatori di studiare i cambiamenti molecolari legati alla sclerosi laterale amiotrofica ed esplorare modi per prevenirli. Ora, in un nuovo studio pubblicato su Cell Reports, i ricercatori hanno ampliato quel lavoro costruendo una versione in miniatura del sistema cervello-midollo spinale umano connesso. Poiché cervello e midollo spinale sono strutture separate ma collegate nel corpo, il team ha tenuto gli organoidi fisicamente separati in laboratorio. Hanno poi osservato gli assoni del tessuto cerebrale crescere attraverso lo spazio vuoto e connettersi con il tessuto del midollo spinale. Il circuito neurale risultante era abbastanza funzionale da innescare contrazioni in minuscoli gruppi di cellule muscolari.

Gli scienziati hanno mantenuto questi sistemi in miniatura in laboratorio per oltre un anno. Hanno scoperto che fino a circa il giorno 150 dello sviluppo, corrispondente grosso modo alla fase intermedia della gravidanza, gli assoni danneggiati potevano ancora ricrescere. Dopo quel punto, i neuroni mostravano un forte declino nella loro capacità di rigenerarsi. George Gibbons del Dipartimento di Neuroscienze Cliniche dell'Università di Cambridge e primo autore dello studio ha dichiarato: 'I neuroni prelevati da organoidi meno maturi hanno rigenerato fibre lunghe dopo la lesione, ma quelli di organoidi più maturi hanno mostrato un netto calo nella loro capacità di ricrescita. In altre parole, la scarsa rigenerazione è insita nei neuroni umani mentre maturano nel sistema nervoso centrale.'

Il team ha analizzato l'attività genica nei neuroni che collegano cervello e midollo spinale. Il loro lavoro ha rivelato una rete di geni che agisce come un interruttore biologico, limitando la crescita degli assoni man mano che i neuroni maturano e formano sinapsi. Sorprendentemente, quando i ricercatori hanno bloccato i regolatori chiave all'interno di questa rete, i neuroni hanno riacquistato la capacità di far crescere nuovi assoni. I ricercatori hanno anche cercato in un database di composti farmaceutici per identificare farmaci che influenzano questa rete genica appena identificata. Un candidato promettente era il lynestrenolo, un farmaco ormonale attualmente approvato per alcuni disturbi mestruali e uso contraccettivo. Quando il farmaco è stato testato su neuroni danneggiati, ha migliorato significativamente la ricrescita degli assoni.

Gli scienziati hanno notato che anche il tessuto cicatriziale e l'infiammazione possono interferire con la riparazione nervosa dopo una lesione. Tuttavia, comprendere i meccanismi biologici specifici dei neuroni che limitano la rigenerazione rimane di fondamentale importanza. Prove precedenti hanno mostrato che i neuroni più giovani possono crescere attraverso ambienti che normalmente bloccano la riparazione nei siti di lesione. L'autore senior Dr. András Lakatos, che ha guidato lo studio presso il Dipartimento di Neuroscienze Cliniche, ha dichiarato: 'Quando cervello e midollo spinale sono danneggiati, le fibre nervose che trasportano i segnali di movimento dal cervello al midollo spinale raramente ricrescono. Ecco perché la paralisi è di solito permanente. Ma non sapevamo esattamente quando la capacità degli assoni di rigenerarsi diventa limitata. Il nostro modello fornisce una buona i'