Sfruttare le intuizioni dagli axolotl per la rigenerazione del midollo spinale

Rigenerare il midollo spinale dopo un infortunio è un grande obiettivo nella scienza. Alcuni animali, come gli axolotli e i pesci zebra, riescono a ricrescere il loro midollo spinale in modo efficace dopo un infortunio. I ricercatori hanno scoperto che alcune cellule speciali in questi animali, chiamate Cellule Progenitrici Neurali, giocano un ruolo fondamentale in questo processo di Rigenerazione. Queste cellule progenitrici si trovano in fila lungo il midollo spinale e possono aiutare a sostituire i tessuti danneggiati o mancanti dopo diversi tipi di infortuni.

Ad esempio, quando un axolotl perde parte del suo midollo spinale a causa di un'amputazione, queste progenitrici iniziano rapidamente a dividersi e a formare nuovo tessuto, che alla fine si sviluppa in un midollo spinale funzionante. Gli scienziati vogliono capire meglio come queste cellule lavorano insieme per aiutare nella guarigione del midollo spinale.

#La scienza dietro il danno al midollo spinale e la rigenerazione

Negli animali come topi e polli, gli scienziati hanno una buona comprensione di come si sviluppano e si organizzano le cellule progenitrici del midollo spinale nelle prime fasi della vita. In queste specie, specifiche aree del midollo spinale in sviluppo inviano segnali che aiutano le cellule a capire dove si trovano lungo il midollo. Questi segnali provengono da due parti: la placca di tetto, situata in cima, e la placca di pavimento in basso. La placca di tetto invia alcune proteine, mentre la placca di pavimento ne invia altre, indicando alle cellule come posizionarsi.

Man mano che il midollo spinale si sviluppa, le cellule progenitrici reagiscono a questi segnali e iniziano a esprimere geni specifici che li aiutano a definire i loro ruoli. Ogni tipo di cellula assume un compito diverso a seconda della sua posizione, il che aiuta nello sviluppo di diversi tipi di neuroni.

Sfortunatamente, i topi adulti non rigenerano bene il loro midollo spinale. Quando subiscono un infortunio, spesso formano una cicatrice invece di rigenerare cellule nervose funzionanti. Questa è una limitazione significativa nella comprensione della rigenerazione nei mammiferi.

#Axolotli e pesci zebra: maestri della rigenerazione

Gli axolotli sono creature uniche che possono esprimere geni tipicamente presenti negli embrioni per tutta la vita. Questo include geni provenienti sia dalla placca di tetto che dalla placca di pavimento, che consente loro di guarire efficacemente le lesioni del midollo spinale. Mostrano una notevole capacità di riattivare questi processi di sviluppo quando subiscono un infortunio, il che potrebbe fornire spunti per tecniche rigenerative per altre specie, compresi gli esseri umani.

I pesci zebra mostrano anche abilità simili di ricrescita. Dopo un infortunio al midollo spinale, esprimono vari geni per attivare i processi necessari per la guarigione. Gene specifici come Shh, Nkx6.1, Pax6 e altri mostrano attività aumentata dopo l'infortunio, suggerendo che giocano ruoli critici nel ricostruire il midollo spinale.

#L'obiettivo della ricerca

L'obiettivo della ricerca è quantificare come i geni specifici legati a queste cellule progenitrici cambiano durante la rigenerazione del midollo spinale dell'axolotl. Gli scienziati hanno utilizzato modelli per osservare come i livelli di espressione genica e le aree che questi geni coprono cambiano dopo un infortunio al midollo spinale.

Analizzando i midolli spinali degli axolotli in diverse fasi dopo l'amputazione della coda, miravano a capire cosa succede a questi geni durante il processo di rigenerazione. Questo studio potrebbe far luce sui meccanismi sottostanti alla guarigione del midollo spinale e su come potrebbero essere applicati a specie con capacità rigenerative più limitate come i mammiferi.

#Metodologia

Per portare avanti questa ricerca, gli scienziati hanno utilizzato una tecnica chiamata ibridazione fluorescente in situ a singola molecola (smFISH). Questo metodo consente loro di visualizzare i livelli specifici di mRNA nei tessuti, mostrando quali geni sono espressi in diverse aree del midollo spinale.

Hanno raccolto dati dagli axolotli prima e dopo l'amputazione, esaminando da vicino le modifiche nei livelli di espressione genica. Gli scienziati hanno poi impiegato modelli matematici per analizzare i risultati, fornendo un quadro più chiaro di come questi geni si comportano nel tempo.

#Risultati

La ricerca ha mostrato che dopo l'amputazione della coda, diversi geni coinvolti nel patterning dorso-ventrale hanno mostrato un'espressione aumentata. Ad esempio, geni responsabili della placca di tetto e della placca di pavimento sono cresciuti di dimensioni, indicando che i centri di segnalazione essenziali per la rigenerazione sono diventati più pronunciati.

Inoltre, è stata identificata una zona specifica che esprime alti livelli di Shh vicino alla punta del midollo spinale rigenerante. Quest'area era cruciale in quanto probabilmente ha contribuito al processo rigenerativo in un modo che non era stato compreso prima.

I risultati suggeriscono che la placca di pavimento, in particolare, si è espansa durante la rigenerazione, segnando un cambiamento significativo nel modo in cui il midollo spinale risponde a un infortunio. L'aumento delle cellule Shh+ all'interno di questa regione potrebbe fungere da segnale per guidare le cellule a rigenerarsi.

#Il ruolo delle cellule Shh+

Un aspetto fondamentale dei risultati riguardava le cellule Shh+. I ricercatori hanno testato come queste cellule contribuiscano alla ricrescita del midollo spinale tracciando la loro discendenza. Hanno scoperto che le cellule Shh+ producevano principalmente più cellule Shh+ durante la rigenerazione anziché passare a diversi tipi cellulari. Questo comportamento suggerisce un ruolo di queste cellule nel mantenere l'identità della placca di pavimento, rafforzando l'idea che alcune cellule progenitrici abbiano ruoli precisi durante la rigenerazione.

Il tracciamento della discendenza ha rivelato che, a seconda del tempo dopo un infortunio, la morfologia delle cellule Shh+ cambiava. Inizialmente, queste cellule apparivano semplici ma sviluppavano forme più complesse man mano che la rigenerazione progrediva. Questa complessità potrebbe suggerire un processo di maturazione e potrebbe svolgere un ruolo nel guidare nuove connessioni neuronali.

#Implicazioni per la ricerca futura

I risultati dello studio hanno ampie implicazioni per la comprensione della rigenerazione del midollo spinale. L'idea di come gli axolotli utilizzino le loro caratteristiche cellulari uniche per recuperare dagli infortuni apre porte a nuove strade di ricerca. Indagare il potenziale per processi simili nei mammiferi potrebbe portare a scoperte nel campo della medicina rigenerativa.

Dato che altri animali con capacità rigenerative limitate mostrano anche alcune modifiche nell'espressione genica in seguito a infortuni, c'è potenziale per scoprire metodi per migliorare la rigenerazione anche in queste specie.

Inoltre, lo studio sottolinea l'importanza di come le cellule progenitrici possano mantenere la loro identità durante la rigenerazione, il che potrebbe fornire una base per la ricerca futura su come manipolare questi processi in specie meno rigenerative.

#Conclusione

In sintesi, la ricerca mette in evidenza le caratteristiche essenziali della rigenerazione del midollo spinale negli axolotli. Concentrandosi sul comportamento delle cellule progenitrici neurali dopo gli infortuni, questo lavoro contribuisce a una comprensione preziosa nel campo della rigenerazione. Capire perché e come questi animali possano ricrescere il loro midollo spinale potrebbe portare a significativi progressi nel trattamento delle lesioni del midollo spinale negli esseri umani e in altri mammiferi.

Attraverso questo studio, gli scienziati sono un passo più vicino a comprendere le complessità della rigenerazione del midollo spinale e le vie di segnalazione che facilitano questo processo straordinario. Con la ricerca continua, potrebbero essere sviluppati metodi innovativi per migliorare la rigenerazione in specie che attualmente hanno capacità limitate di guarigione.