Un gruppo di ricerca dell’Università di Harvard, guidato dalla biologa italiana Paola Arlotta, ha stabilito un primato scientifico mantenendo in vita e in fase di sviluppo organoidi cerebrali umani per ben cinque anni. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature, dimostra che questi modelli tridimensionali ricavati da cellule staminali non solo sopravvivono nel lungo periodo, ma seguono un orologio biologico preciso, rispecchiando le tappe della maturazione cerebrale umana fino a uno stadio equivalente a quello di un bambino di quattro anni. Questo traguardo apre possibilità del tutto inedite per lo studio dello sviluppo cerebrale al di fuori del corpo umano.
- Un team guidato da Paola Arlotta ha coltivato organoidi cerebrali umani per cinque anni in laboratorio.
- La profilazione genetica ed epigenetica ha mostrato una maturazione paragonabile a quella del cervello di un bambino di quattro anni.
- I neuroni hanno mantenuto un’attività elettrica funzionale e stabilito connessioni per oltre due anni.
- I risultati aprono nuove strade per lo studio postnatale di disturbi come l’autismo e l’epilessia.
La registrazione del tempo nei modelli di tessuto cerebrale
Gli organoidi cerebrali sono minuscole strutture tridimensionali coltivate in laboratorio che simulano la complessità del cervello. Fino ad oggi, gli esperimenti si limitavano a pochi mesi a causa dell’elevata variabilità tra i lotti e della perdita progressiva di cellule vitali. L’analisi condotta dal team di Harvard ha monitorato l’espressione genica e le modifiche epigenetiche — ovvero le marcature chimiche sul DNA che regolano l’attività dei geni con l’avanzare dell’età —, riscontrando una corrispondenza straordinaria con lo sviluppo umano naturale.
Tra i tre e i sei mesi di coltura, gli organoidi mostravano caratteristiche molecolari simili a quelle del cervello fetale nella medesima fase di gestazione, mentre a cinque anni l’attività genetica corrispondeva a quella della corteccia cerebrale di un bambino di quattro anni.
I neuroni presenti nei modelli sono rimasti funzionalmente attivi, stabilendo connessioni sinaptiche e rilasciando segnali elettrici continuativi per oltre due anni di osservazione.
La memoria biologica e l’accelerazione della maturazione
Il cervello umano completa la propria maturazione nell’arco di circa vent’anni, un processo lungo e articolato che rende complessa la simulazione completa attraverso modelli animali. In questo contesto, comprendere come le singole cellule tengano traccia del tempo rappresenta un passaggio chiave per la biologia dello sviluppo. Per verificare questa proprietà, i ricercatori hanno trasferito neuroni provenienti da organoidi più vecchi all’interno di strutture più giovani.
Le cellule più mature hanno ignorato i segnali del nuovo ambiente, proseguendo il loro sviluppo secondo la propria cronologia interna. Esperimenti condotti combinando cellule di età differenti hanno inoltre dimostrato che le cellule progenitrici più anziane possono saltare le prime fasi evolutive, generando neuroni maturi in appena due settimane rispetto ai due mesi normalmente richiesti.
Le prospettive cliniche e i limiti della sperimentazione
La possibilità di osservare le fasi successive alla nascita apre la strada a una comprensione senza precedenti delle patologie neurologiche ad esordio tardivo.
Sulla base di queste scoperte, i ricercatori intendono impiegare gli organoidi mantenuti a lungo termine per analizzare i meccanismi molecolari alla base di condizioni come l’autismo e l’epilessia, oltre che per lo screening di nuovi farmaci. Tuttavia, l’impiego diffuso di questi modelli richiede importanti sforzi logistici legati ai costi e alla cura manuale richiesta per periodi così prolungati. La sfida futura per la comunità scientifica consisterà nel trovare strategie per accelerare in modo controllato l’invecchiamento dei tessuti, rendendo questa tecnologia accessibile su più larga scala.
Cosa ne pensate dell’impiego di modelli cerebrali a lungo termine per la ricerca scientifica? Condividete la vostra opinione nei commenti.
