Neuroni in invecchiamento: Scoperte dai tessuti cerebrali umani

L'invecchiamento colpisce ogni cellula del corpo, comprese quelle del cervello. Con l'avanzare dell'età, le funzioni di varie parti del corpo, incluso il cervello, raggiungono il picco durante la giovane età adulta e iniziano a diminuire gradualmente fino a fermarsi del tutto alla morte. Gli esseri umani tendono a vivere più a lungo rispetto ad altri mammiferi, specialmente i roditori, spesso utilizzati nella ricerca sul cervello. In molti casi, la durata della vita delle cellule cerebrali, chiamate Neuroni, è legata alla durata della vita dell'individuo. Questo significa che capire come l'invecchiamento influisce sulle cellule cerebrali umane richiede ricerche utilizzando tessuti cerebrali umani reali.

Tuttavia, l'accesso ai tessuti cerebrali umani è limitato. Di recente, gli scienziati hanno iniziato a utilizzare piccoli campioni di tessuto cerebrale prelevati durante interventi chirurgici per studiare come l'invecchiamento influisce sui neuroni. Durante alcuni interventi, viene rimossa una piccola parte dello strato esterno del cervello, chiamato neocorteccia, in modo che i medici possano raggiungere aree più profonde. Questa parte del cervello è cruciale perché è dove avvengono funzioni complesse, come il pensiero e la percezione.

Studiare come l'invecchiamento influisce sui neuroni in questa regione è importante perché studi passati con scansioni cerebrali e test comportamentali hanno mostrato che l'invecchiamento cambia la neocorteccia in vari modi. Nonostante ciò, solo pochi studi hanno esaminato come l'attività elettrica dei neuroni nel cervello umano cambi con l'età.

Studi sugli animali hanno indicato che diversi tipi di neuroni invecchiano in modi unici. Alcuni neuroni mostrano cambiamenti più rapidamente di altri. I neuroni ad alta frequenza, un tipo specifico di neurone nella neocorteccia, sono particolarmente vulnerabili ai cambiamenti che si verificano con l'invecchiamento. Questi neuroni svolgono un ruolo fondamentale nel coordinare l'attività di altri neuroni ed sono essenziali per il processamento sensoriale complesso e l'apprendimento. La ricerca sui roditori ha mostrato che problemi con questi neuroni ad alta frequenza possono portare a un declino cognitivo in varie malattie neurodegenerative. Eppure, non si sa molto su come l'invecchiamento impatti questi neuroni nel cervello umano.

Questo studio si concentra sui neuroni ad alta frequenza in campioni di cervello umano prelevati durante interventi chirurgici. La ricerca si concentra specificamente su due aspetti principali: la forza e la velocità dei Potenziali d'azione (i segnali elettrici usati dai neuroni per comunicare) e le Proprietà Elettriche di base che influenzano la capacità di un neurone di reagire.

#Risultati Chiave

I dati di questa ricerca mostrano che con l'età, i potenziali d'azione si indeboliscono, ma le proprietà fondamentali della membrana dei neuroni rimangono stabili dalla gioventù alla vecchiaia. Lo studio ha osservato che le caratteristiche dei potenziali d'azione cambiavano con l'età, inclusa la velocità con cui salgono, quanto durano e il loro valore massimo. Questo suggerisce che ci sia una riduzione della corrente di sodio prodotta nel corpo principale del neurone o all'inizio dei suoi rami, che potrebbe contribuire a una minore velocità di elaborazione e difficoltà nell'apprendimento con l'età.

#Metodi

#Considerazioni Etiche

La ricerca è stata condotta con l'approvazione etica delle autorità competenti e il consenso scritto è stato ottenuto da tutti i pazienti prima dei loro interventi chirurgici.

#Campioni Cerebrali

Fette neocorticali sono state prelevate da campioni delle aree frontali o temporali del cervello rimossi durante procedimenti chirurgici. Questi interventi sono stati eseguiti per diversi motivi medici, come tumori o aumento della pressione nel cervello. La ricerca ha incluso campioni sia da uomini che da donne, e il tessuto è stato maneggiato con cura per preservarne le condizioni.

Durante gli interventi, ai pazienti sono stati somministrati farmaci per garantire che fossero comodi e stabili. Il tessuto rimosso è stato conservato in una soluzione fresca per mantenerlo vitale per lo studio. I ricercatori hanno tagliato il tessuto in sezioni sottili per esaminare in dettaglio le attività neuronali.

#Identificazione dei Neuroni

Le cellule ad alta frequenza sono state identificate in base ai loro specifici modelli elettrici. I ricercatori hanno utilizzato marcatori per confermare che stavano studiando il giusto tipo di neuroni. Hanno cercato particolari proprietà nei potenziali d'azione di questi neuroni, che indicavano la loro natura ad alta frequenza.

#Risultati

#Indebolimento dei Potenziali d'Azione con l'Età

Lo studio ha trovato che, con l'età, la forza dei potenziali d'azione diminuisce significativamente. I potenziali d'azione sono gli impulsi elettrici utilizzati dai neuroni per segnalarsi tra loro. I ricercatori hanno misurato il picco di questi potenziali d'azione e hanno scoperto che i pazienti più giovani mostrano valori di picco più alti rispetto ai pazienti più anziani. I confronti tra diverse fasce d'età hanno rivelato che il gruppo più giovane aveva potenziali d'azione significativamente più forti rispetto al gruppo più anziano.

#Prolungamento dei Potenziali d'Azione

La ricerca ha anche mostrato che la durata dei potenziali d'azione aumentava con l'età. La misura della larghezza a metà, che indica quanto dura il potenziale d'azione, era più lunga nei pazienti più anziani. I pazienti più giovani avevano potenziali d'azione più brevi rispetto a quelli più anziani.

#Cambiamenti nella Fase Iniziale del Potenziale d'Azione

L'aumento rapido iniziale dei potenziali d'azione, che riflette l'attività dei Canali del sodio, non è cambiato significativamente con l'età. Anche se sono stati notati alcuni cambiamenti in neuroni singoli, non erano coerenti tra i vari gruppi di età.

#Velocità di Aumento del Potenziale d'Azione

La velocità massima con cui i potenziali d'azione aumentavano è diminuita anche con l'età. Sebbene i dati di gruppo non mostrassero una forte correlazione, le analisi delle singole cellule hanno rivelato riduzioni significative nella velocità di aumento dei potenziali d'azione con l'aumentare dell'età. Il gruppo più anziano ha dimostrato una velocità di salita più lenta rispetto al gruppo più giovane.

#Fase di Ripolarizzazione

La fase di ripolarizzazione dei potenziali d'azione, che segue l'aumento iniziale e coinvolge il ritorno al potenziale di riposo, è rimasta stabile tra i gruppi di età. Né la velocità massima di ripolarizzazione né l'ampiezza dell'iperpolarizzazione post-azione sono cambiate con l'età, indicando che le correnti di potassio coinvolte in questo processo rimangono per lo più inalterate.

#Proprietà Elettriche Passive

Oltre ai potenziali d'azione, la ricerca ha esaminato i tratti elettrici di base dei neuroni. Questi tratti includono la resistenza della cellula, la capacitance e la costante di tempo della membrana - caratteristiche che determinano quanto efficacemente un neurone risponde ai segnali in arrivo. Lo studio non ha trovato cambiamenti significativi in queste proprietà tra diverse età, suggerendo che la reattività di base dei neuroni non deteriora con l'età.

#Modellazione Computazionale

I ricercatori hanno creato un modello computazionale di neuroni ad alta frequenza per simulare come i cambiamenti nell'attività dei canali del sodio potrebbero influenzare i potenziali d'azione. Regolando le correnti di sodio nel modello, sono stati in grado di replicare le alterazioni osservate nei potenziali d'azione associate all'invecchiamento. Questo modello ha dimostrato come una diminuzione dell'attività dei canali del sodio nel corpo principale del neurone potrebbe portare a potenziali d'azione più deboli e a una durata prolungata.

Le simulazioni hanno indicato che i cambiamenti osservati nei potenziali d'azione potrebbero essere efficacemente rappresentati riducendo l'attività dei canali di sodio, mantenendo costanti altre proprietà. Questo supporta l'idea che questi canali svolgano un ruolo critico nella capacità del neurone di generare e propagare potenziali d'azione.

#Conclusione

In generale, questa ricerca fornisce importanti intuizioni su come l'invecchiamento colpisce i neuroni ad alta frequenza nel cervello umano. I risultati evidenziano un declino nella forza e nella velocità dei potenziali d'azione con l'età, affiancato a proprietà elettriche passive stabili. Comprendere questi cambiamenti aiuta a chiarire i meccanismi attraverso i quali l'invecchiamento impatta le capacità cognitive e i processi di apprendimento.

Nonostante i risultati significativi, è necessaria ulteriore ricerca per comprendere appieno come questi cambiamenti elettrici si traducano in declini funzionali nella cognizione e nella memoria. Studiare il processo di invecchiamento nei neuroni umani è cruciale, soprattutto date le differenze tra i cervelli umani e quelli dei roditori. I neuroni umani vivono molto più a lungo e comprendere come invecchiano può aiutare a informare approcci medici a condizioni legate all'invecchiamento.

Questo studio sottolinea l'importanza di utilizzare tessuti cerebrali umani nella ricerca per scoprire le complessità dell'invecchiamento neuronale, offrendo preziose prospettive su potenziali obiettivi per interventi e strategie di trattamento nelle condizioni neurologiche legate all'età.