Grazie al sequenziamento a singola cellula e al machine learning, uno studio pubblicato su Science ha identificato cellule progenitrici attive nell’ippocampo umano adulto
Per decenni, uno dei dogmi della biologia ha affermato che il tessuto nervoso fosse “perenne”, cioè che, una volta formato, i neuroni restassero gli stessi per tutta la vita e che fosse praticamente impossibile osservare una rigenerazione in età adulta. Un processo di neurogenesi, ovvero di formazione di nuovi neuroni, era poi stato osservato nei topi, ma mancavano prove definitive che lo stesso accadesse nel cervello umano. Grazie a tecniche innovative un nuovo studio del Karolinska Institutet di Stoccolma, pubblicato lo scorso 3 luglio su Science, ha mostrato che, invece, nel tessuto cerebrale umano adulto sono presenti cellule con le caratteristiche genetiche dei progenitori neurali, ovvero cellule in grado di dividersi per generare nuovi neuroni.
Facendo un bel salto indietro nel tempo, fino all’inizio del Novecento, lo scienziato e Premio Nobel per la Medicina (1906) Santiago Ramón y Cajal, padre della neuroanatomia moderna, descrisse le cellule nervose come “fisse, definitive e immutabili”. Anche quando si riconobbe che il cervello continua a maturare dopo la nascita, la neurogenesi venne considerata un processo confinato all’infanzia. Inoltre, i primi esperimenti che individuarono cellule progenitrici nei roditori adulti furono inizialmente ignorati, in quanto ritenuti non applicabili all’uomo. Solo dagli anni ’90 emersero evidenze che mettevano in discussione questo paradigma, con l’identificazione di cellule in divisione nei cervelli di primati adulti. Una svolta arrivò nel 2013 con uno studio del Karolinska Institutet che, grazie a una tecnica di datazione al carbonio, mostrò che l’ippocampo umano è in grado di generare nuovi neuroni anche in età adulta. Tuttavia, il dibattito rimase acceso, alimentato da risultati discordanti ottenuti da analisi post mortem: mentre alcuni studi non rilevavano tracce di neurogenesi, altri identificavano proteine tipiche dei neuroni immaturi, e le discrepanze furono attribuite a differenze nei metodi di conservazione dei tessuti.
Nel nuovo studio pubblicato su Science, il gruppo di ricerca guidato da Jonas Frisén – del Dipartimento di Biologia Cellulare e Molecolare del Karolinska Institutet - ha utilizzato il machine learning (un tipo di intelligenza artificiale) per affrontare in modo innovativo il tema della neurogenesi nell’adulto. A partire da cervelli di roditori, i ricercatori hanno sequenziato l’RNA messaggero (mRNA), ovvero le molecole che trasportano le istruzioni genetiche del DNA necessarie per la sintesi proteica, a livello di singola cellula. Questo ha permesso di identificare i progenitori neurali dei topi in base ai geni che esprimevano. Successivamente, il gruppo ha ripetuto il processo con i dati di sequenziamento dell’RNA a singola cellula provenienti da tessuti umani post mortem. Grazie al confronto tramite machine learning, è stato possibile individuare in alcune cellule umane un’attività genica compatibile con quella dei progenitori neurali individuati nei topi.
Su circa 300.000 neuroni dell’ippocampo analizzati, ottenuti da tessuti di individui dai 13 ai 79 anni, l’algoritmo ha identificato 354 cellule progenitrici, che esprimevano alcuni geni peculiari. Il numero di progenitori variava ampiamente tra gli individui, risultando maggiore nei cervelli più giovani e assente in alcuni soggetti adulti, a conferma che la capacità rigenerativa del cervello umano adulto potrebbe variare da individuo a individuo ed essere modulata da fattori biologici o ambientali. Sebbene la produzione di nuovi neuroni sembri avvenire a un ritmo molto basso (circa 700 al giorno secondo stime precedenti del team) lo studio rappresenta un passo importante per confermare che la neurogenesi non si esaurisce con l’infanzia. I dati hanno mostrato, infine, che i progenitori sono localizzati nel giro dentato, una zona specifica dell’ippocampo.
Alcuni neuroscienziati considerano questi dati come una prova convincente della presenza di nuovi neuroni generati anche in età adulta in una specifica regione, l’ippocampo, cruciale per funzioni cognitive come apprendimento e regolazione dell’umore. Come prossimo passo, gli autori dello studio intendono approfondire il ruolo funzionale di questa neurogenesi nel cervello adulto.
Per consolidare ulteriormente queste evidenze sarà, tuttavia, necessario validare i risultati con metodi complementari, poiché quelli attualmente impiegati si basano in gran parte su misurazioni indirette. Inoltre, l’algoritmo di machine learning utilizzato potrebbe essere affinato per distinguere con maggiore precisione i progenitori neurali da altre cellule cerebrali capaci di rigenerarsi, come le cellule gliali. Questo passaggio sarà fondamentale per confermare la reale identità delle cellule individuate. Un’altra prossima sfida sarà comprendere se e in che misura le variazioni nel tasso di neurogenesi contribuiscano a condizioni patologiche, come il declino cognitivo osservato nei pazienti con Alzheimer, un passo che potrebbe aprire nuove prospettive terapeutiche.
Infine, ciò che rende affascinante questo studio è la capacità di mostrare come la scienza sia un processo in continua evoluzione: ciò che un tempo sembrava indiscutibile può essere rivalutato grazie a nuove conoscenze e tecnologie. Non si tratta di una debolezza, ma della vera forza del metodo scientifico.
