BOLOGNA – Nel complesso e affascinante universo del cervello umano, dove miliardi di neuroni danzano in una sinfonia elettrochimica, un ruolo a lungo considerato di mero supporto si sta rivelando di primaria importanza. Parliamo degli astrociti, le cellule a forma di stella che popolano il nostro sistema nervoso centrale. Oggi, una ricerca pionieristica condotta tra Italia e Stati Uniti, le pone al centro di una scoperta che potrebbe riscrivere il futuro della diagnosi neurologica. Un team internazionale ha infatti identificato una sorta di “impronta digitale chimica” all’interno di queste cellule, una firma proteica in grado di rivelare lo stato di salute del cervello e agire come una spia precoce per patologie devastanti come l’Alzheimer e il glioma.
Lo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Advanced Science, è il frutto della collaborazione tra il gruppo di ricerca guidato da Valentina Benfenati dell’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bologna (Cnr-Isof) e il team della professoressa Michelle Y. Sander della Boston University. Hanno inoltre contribuito le università di Bari e Bologna, a testimonianza di un’eccellenza scientifica che unisce competenze trasversali.
La Microscopia del Futuro: Vedere l’Invisibile senza Alterarlo
La chiave di volta di questa scoperta risiede in una tecnica di imaging all’avanguardia: la microscopia fototermica multispettrale a infrarossi a risoluzione temporale avanzata. Un nome complesso che descrive uno strumento di una precisione straordinaria, capace di superare uno dei limiti storici della biologia cellulare: osservare le cellule vive senza alterarle. Questo approccio, definito “label-free” (senza marcatura), permette di analizzare le caratteristiche chimiche, strutturali e funzionali delle proteine degli astrociti nel loro stato fisiologico naturale.
È come poter studiare il motore di una supercar mentre è in piena corsa, senza doverlo smontare pezzo per pezzo in officina. “Avere informazioni sull’architettura molecolare, la struttura chimica e la correlazione con la funzione dei microdomini degli astrociti attraverso un approccio senza marcatura rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione degli astrociti e più in generale della glia”, hanno sottolineato i ricercatori.
I Microdomini: I Centri di Controllo degli Astrociti
L’attenzione degli scienziati si è concentrata su strutture infinitesimali chiamate “microdomini”. Si tratta di minuscole estensioni cellulari, dell’ordine di pochi milionesimi di metro, attraverso le quali gli astrociti svolgono le loro funzioni vitali: mantenere l’equilibrio (omeostasi) tra molecole, ioni e acqua nel cervello e comunicare attivamente con neuroni e vasi sanguigni. Sono le sentinelle silenziose che garantiscono la stabilità dell’ambiente cerebrale.
Il cattivo funzionamento di questi microdomini è da tempo collegato a gravi malattie neurologiche. Tuttavia, fino ad oggi, osservare le anomalie in queste delicate strutture era praticamente impossibile. La nuova tecnica microscopica ha permesso di colmare questa lacuna, rivelando che la morfologia e la struttura chimica dei microdomini cambiano in modo misurabile quando la cellula non è in salute, offrendo così un indicatore precoce di una disfunzione.
L’Impronta Digitale della Salute Cerebrale
Grazie a questa analisi non invasiva, i ricercatori sono riusciti a identificare una vera e propria “firma proteica”, un indicatore chimico che distingue un astrocita sano e differenziato da uno non differenziato o alterato. “I nostri risultati evidenziano un legame diretto tra la struttura proteica secondaria degli astrociti differenziati e le dinamiche di diffusione attraverso cui gli astrociti regolano l’equilibrio di acqua e ioni nel cervello”, spiega Chiara Lazzarini, co-prima autrice dello studio.
In pratica, questa “spia” molecolare ci dice se l’astrocita sta svolgendo correttamente il suo lavoro. Un’alterazione in questa firma proteica potrebbe essere il primo campanello d’allarme, il segnale che precede la comparsa dei sintomi clinici di malattie come l’Alzheimer o i tumori cerebrali come il glioma.
Dalla Ricerca alla Medicina Predittiva: Scenari Futuri
Le implicazioni di questa scoperta sono immense e aprono la strada a una nuova era nella medicina predittiva. Poter identificare biomarcatori così precoci e affidabili potrebbe consentire interventi terapeutici molto più tempestivi e personalizzati.
Valentina Benfenati sottolinea l’importanza di questo approccio: “Da anni studiamo approcci che ci consentano di studiare gli astrociti in vitro per utilizzarli nell’ambito della medicina predittiva, così da ridurre anche l’utilizzo di modelli animali in preclinica. Questo studio ci ha portato alla messa a punto di un modello unico, sia strutturalmente che funzionalmente, nella riproduzione di ciò che gli astrociti mostrano in vivo”.
La ricerca ha visto anche un dialogo proficuo tra diverse discipline: neuroscienze, nanomateriali e ottica innovativa hanno collaborato per raggiungere questo traguardo. Ad esempio, i ricercatori hanno fatto crescere gli astrociti su substrati diversi, inclusi nanomateriali, osservando come questi ultimi favoriscano lo sviluppo di cellule più mature e funzionali, simili a quelle presenti nel cervello umano. Questo non solo valida il modello di studio, ma apre anche a future applicazioni biotecnologiche.
La possibilità di avere una “finestra” così dettagliata sulla salute delle cellule cerebrali potrebbe rivoluzionare la prevenzione, la diagnosi e il trattamento dei disturbi neurologici, con un impatto significativo sulla qualità della vita dei pazienti e sulla sostenibilità dei sistemi sanitari. Il viaggio all’interno del “secondo cervello”, quello composto dalle cellule gliali, è appena iniziato, ma promette già di svelare segreti fondamentali per il nostro benessere.