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Parliamo di Mini-Brain




Nei mesi scorsi si è parlato molto del progetto “Minibrain”, pubblicizzato dal gruppo di ricerca del dott. Thomas Hartung, direttore del Johns Hopkins Center for Alternatives to Animal Testing, come di un possibile metodo per poter sostituire il modello animale nella ricerca sulle malattie neurologiche e nella ricerca di possibili molecole candidate a diventare farmaci.

Molte affermazioni sono state fatte circa questo progetto e lo stesso Hartung ha rilasciato diverse dichiarazioni riguardo il Minibrain, parlando anche di una sorta di “pensiero/comunicazione” osservabile tra i neuroni, attraverso l’attività elettrica che si viene ad osservare. Molte di queste affermazioni si possono riscontrare in interviste come questa [1], al Guardian, dove purtroppo vengono anche fatte affermazioni facilmente mal interpretabili dai lettori, come l’evergreen “Non siano ratti da 70 kg”.

Se si va a leggere buona parte delle informazioni trasmesse, in parte anche dal Dr. Hartung, sembra che si sia riusciti a creare un modello di cervello umano, capace di fornirci risposte esaustive sia per quanto riguarda le malattie neurologiche che possibili trattamenti farmacologici. 
In realtà la questione è molto più complessa, per diverse motivazioni che proverò a spiegare, di come viene raccontata e lo stesso Hartung sottolinea come:

“Hartung noted that the mini-brain cannot yet replace animal models in the study of neurological diseases. “

Ma andiamo con ordine.

Partiamo col spiegare cosa sia un Minibrain: si tratta di un organoide, ossia di un modello di organo costruito in laboratorio a partire da cellule staminali indotte (le cosiddette iPSC) che vengono fatte maturare fino a diventare diversi tipi di cellule presenti nel nostro cervello, ossia i neuroni ma anche le cosiddette cellule di sostegno. Questa varietà di cellule permette al Minibrain di poter riprodurre in modo elementare anche le funzioni fisiologiche del nostro cervello, tra cui l’attività elettrica, rilevabile, e la comunicazione tra i diversi neuroni. Si tratta di un modello estremamente piccolo, solo 350 micron, ma che dimostra già un enorme potenziale nel rappresentare un modello di “cervello”. 

È un modello estremamente interessante su cui poter studiare in primis le fasi iniziali di sviluppo di molte malattie neurodegenerative, come la demenza di Alzheimer, la sindrome di Parkinson ma anche la SLA o le altre forme di demenza, ma anche possibili approcci terapeutici mirati. Non ci si stupirebbe più di tanto a pensare a futuri sviluppi della tecnica per condurre studi mirati in questo ambito.

Il Minibrain ha ovviamente dei limiti che devono essere tenuti in considerazione, soprattutto prima di fare eventuali dichiarazioni fuorvianti.

In primis, come dice lo stesso Hartung sempre al Guardian, il nostro cervello non è neppure una palla di neuroni da 350 micron.

Ecco una descrizione semplificata di come è fatto il cervello umano [2]: questo possiede una corteccia cerebrale, che si trova nello strato esterno (la cosiddetta “materia grigia”), dove i neuroni si attivano e comunicano tra loro per ricevere, elaborare e trasmettere l’informazione necessaria. Al di sotto di questa si ha la cosiddetta materia bianca, sostanzialmente “cavi di collegamento” che trasmettono l’informazione da una regione all’altra del cervello e del corpo. 

Ma il cervello umano non è solamente una palla di neuroni con all’interno del cablaggio per comunicare: si possono trovare anche nuclei neuronali profondi all’interno del cervello stesso, deputato a funzioni altrettanto fondamentali, come il controllo del movimento e l’elaborazione delle emozioni e così via.

Cercare di descrivere appieno tutte le funzioni del nostro cervello e delle varie regioni coinvolte meriterebbe ben più di questo articolo, senza contare poi quello che ancora non conosciamo del suo funzionamento.

Le diverse aree della nostra corteccia poi hanno diversi compiti e diversi “lavori” da compiere: il movimento delle mani, il vedere un quadro, il percepire un rumore, tutte queste attività vengono svolte da diverse regioni del nostro cervello che, comunicando tra di loro, riescono a creare la complessità delle nostre percezioni e delle nostre attività. Basta pensare alla difficoltà nel suonare, per esempio uno strumento musicale, un compito nel quale diversi tipi di attività e diverse percezioni sensoriali entrano in gioco.

Queste capacità si sono sviluppate non solo attraverso una semplice crescita di cellule con uno stimolo ripetuto dell’attività cerebrale. Il nostro cervello è quindi un organo sempre in divenire, da quando siamo neonati e siamo bombardati da migliaia di stimoli fino alla vecchiaia dove il suo potenziale si riduce lentamente.

Il nostro cervello poi non è un organo indipendente ma interagisce anche con altre strutture del nostro corpo, per esempio col sistema circolatorio, con gli ormoni prodotti dal nostro organismo e le cellule del nostro sistema immunitario, queste ultime a quanto pare non ancora presenti nel modello di Minibrain.

Se consideriamo che molte malattie neurodegenerative come la sclerosi multipla o la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) possiedono una componente autoimmune (in poche parole, il nostro sistema immunitario reagisce per errore contro le cellule del nostro stesso sistema nervoso, danneggiandole), si capisce come il potenziale di questa metodica sia ancora purtroppo limitato [3], [4]. 

Per quanto riguarda lo studio su possibili farmaci per malattie neurologiche, questo metodo sicuramente ci potrà permettere di studiare in modo efficace un determinato farmaco a livello di neuroni e di cellule di supporto, forse in modo migliore delle metodiche in vitro che si stanno attualmente utilizzando. 

Sarà difficile però comprendere il funzionamento e gli effetti del farmaco a livello generale (la cosiddetta farmacocinetica), capire se il farmaco agisce anche in regioni del cervello diverse dalla corteccia cerebrale (per esempio in quei nuclei di neuroni profondi, accennati poco sopra) per malattie come la sindrome di Parkinson così come l’azione di questo nelle differenti fasce d’età.

L’entusiasmo di Hartung per questa metodica è decisamente comprensibile così come le sue speranze che possa diventare un efficace strumento per studiare meglio la funzione cerebrale. Sarebbe però meglio mettere sulla bilancia tutti gli aspetti riguardanti nuove tecnologie come questa, proprio per evitare di diffondere informazioni mal interpretabili dall’opinione pubblica.

 

Dott. Delli Zotti Marco

Medico Chirurgo
Specializzando in Neurologia
Comitato Scientifico Pro-Test Italia

 

 

 

 

 

 

[1]https://www.theguardian.com/science/2016/feb/12/mini-brains-could-revolutionise-drug-research-and-reduce-animal-use

[2] Atlas of the Human Brain in Section, 2nd ed., by Melville Roberts, Joseph Hanaway, and D. Kent Morest

[3] http://emedicine.medscape.com/article/1146199-overview

[4] http://emedicine.medscape.com/article/1170097-overview#a3

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