Gli atlanti tracciano mappe dettagliate del cervello degli esseri umani e di altri primati, cellula per cellula

In un tour de force per le neuroscienze, gruppi di ricercatori hanno pubblicato una voluminosa serie di atlanti delle cellule cerebrali per gli esseri umani e altri primati.
Gli atlanti sono dettagliati in 21 articoli di ricerca apparsi su Science, Science Advances e Science Translational Medicine e potrebbero indirizzare gli scienziati verso nuove strategie per affrontare condizioni mentali che vanno dal morbo di Alzheimer e dalla schizofrenia all'epilessia e all'ADHD.
"Dobbiamo comprendere le specificità del cervello umano se speriamo di comprendere le malattie umane", ha affermato Ed Lein, ricercatore senior presso l'Allen Institute di Seattle, nei commenti forniti tramite video.
"La maggior parte della ricerca sulle malattie cerca di creare una replica o un modello di una malattia umana in una specie che non contrae quella malattia", ha spiegato Lein.
"Ma se vogliamo capire perché lo prendiamo, quali sono le conseguenze e come si dovrebbe trattarlo, dobbiamo avere una profonda comprensione del cervello umano stesso." Gli studi contenuti nel pacchetto pubblicato oggi fanno parte del BRAIN Initiative Cell Census Network del National Institutes of Health, o BICCN, un programma lanciato nel 2017.
L'Allen Institute for Brain Science ha svolto un ruolo importante nella condivisione dei dati prodotti dal programma .
Uno studio ha analizzato più di un milione di cellule prelevate da 42 regioni del cervello.
Un altro studio ha raccolto campioni di alta qualità da più di 100 regioni del cervello.
Ancora un altro studio si è concentrato su campioni di tessuto cerebrale prenatale.
Gli sforzi collettivi dei gruppi di ricerca hanno caratterizzato più di 3.000 tipi di cellule cerebrali umane.
I ricercatori non hanno esaminato solo le cellule cerebrali stesse.
Li hanno anche sottoposti all’analisi del DNA per scoprire quali geni sembravano essere collegati alle funzioni e alle disfunzioni delle cellule.
Uno studio condotto dallo scienziato dell’Allen Institute Nelson Johansen ha valutato le variazioni nei tipi di cellule cerebrali in 75 esseri umani adulti sottoposti a interventi chirurgici per epilessia e tumori.
Il team di Johansen ha osservato ampie variazioni tra le cellule, ma ha scoperto che meno della metà delle differenze poteva essere spiegata da indicatori demografici come il sesso o l'ascendenza.
“Non esiste un singolo essere umano prototipo; esiste uno spettro di differenze nella variazione genetica e nella risposta ambientale sia negli individui sani che negli stati patologici”, hanno scritto le neuroscienziate Alyssa Weninger e Paola Arlotta in un commento agli studi.
Alcuni ricercatori si sono concentrati sull’analisi delle cellule cerebrali di quattro specie di primati non umani – scimpanzé, gorilla, macachi rhesus e uistitì – per saperne di più sulle somiglianze e sulle differenze neurali rispetto agli esseri umani.
"Solo poche centinaia di geni mostravano modelli di espressione specifici per l'uomo, e questi erano sproporzionatamente vicini a regioni genomiche con segni di selezione evolutiva negli esseri umani", hanno osservato Weninger e Arlotta.
“Questi risultati suggeriscono che le proprietà specifiche della corteccia umana adulta possono derivare da relativamente pochi cambiamenti cellulari e molecolari”.
Jay Shendure, professore di genomica all'Università di Washington e direttore del Brotman Baty Institute di Seattle, è stato uno degli autori senior dello studio sui macachi.
“I nostri dati, che abbiamo reso aperti e disponibili alla comunità scientifica e al pubblico più ampio, rappresentano l’atlante molecolare multimodale più grande e completo di un primate fino ad oggi, e sono cruciali per esplorare come le numerose cellule del cervello si uniscono per dare aumentano la complessità comportamentale dei primati, compresi gli esseri umani”, ha affermato Shendure in un comunicato stampa.
Si prevede che i risultati appena pubblicati forniranno una base per la ricerca futura su come funziona il cervello sano e cosa fare quando il cervello di qualcuno non funziona come dovrebbe.
Weninger e Arlotta hanno affermato che le differenze genetiche riscontrate tra il cervello dei primati umani e non umani “evidenziano la necessità di integrare l’uso di sistemi modello animale con sistemi modello umano” – ad esempio, organoidi del cervello umano che vengono coltivati in laboratorio da cellule staminali cellule.
"Capire come costruire organoidi e se replicano caratteristiche e proprietà del tessuto nativo richiede set di dati completi del cervello umano non solo nell'adulto ma anche durante lo sviluppo", hanno scritto.
Tra le centinaia di ricercatori elencati come coautori dei 21 articoli pubblicati su Science, Science Advances e Science Translational Medicine figurano più di 100 ricercatori affiliati a istituzioni con sede nell'area di Seattle, tra cui l'Allen Institute, l'Università di Washington, il Brotman Baty Istituto di medicina di precisione, Providence Health & Services, Seattle Children's Research Institute e Sage Bionetworks.