«I 'mini cervelli' possono aiutarci a capire cosa ci rende umani», ha affermato un esperto di neuroscienze

Il capogruppo della Divisione di Biologia Cellulare del Molecular Biology Laboratory del Medical Research Council (MRC) e parte del Cambridge Biomedical Campus nel Regno Unito; potrebbe rivoluzionare lo studio del cervello grazie ad anni di studio e qualche possibilità. Nelle parole di Madeline Lancaster, il suo tentativo di far crescere cellule staminali neurali fallì, ma non aveva idea che le sfere galleggianti di cellule che vedeva al microscopio e sulla sua capsula di Petri fossero, in realtà, tessuti cerebrali in miniatura.

Ha svolto un lavoro innovativo nello sviluppo della tecnologia degli organoidi cerebrali che sta generando progressi significativi nello sviluppo neurologico e nella ricerca sulle malattie. Il lavoro nel laboratorio di Lancaster si concentra sullo studio dello sviluppo del cervello umano utilizzando organoidi cerebrali. Il laboratorio utilizza mini-cervelli per studiare le differenze più fondamentali tra lo sviluppo del cervello umano e quello di altre specie di mammiferi. Il suo progresso mette a repentaglio tutto ciò che viene in termini di studi sul cervello e ci avvicina alla risposta a una domanda intrigante: cosa ci rende umani?

«Ho deciso di far crescere cellule staminali neurali sulla superficie di una capsula di Petri, ma nel giro di un giorno mi sono reso conto che qualcosa era andato storto», racconta a Infobae in esclusiva in una chat telefonica. La preparazione proteica che stavo usando per coprire il fondo del piatto era piuttosto vecchia, il che significava che le cellule non si attaccavano come avrebbero dovuto, ma formavano palline galleggianti. Molti scienziati avrebbero probabilmente buttato via quel prodotto, ma ho lasciato che continuasse a crescere. Molto presto, sono stato in grado di vedere strutture all'interno che, come neurobiologo, ho riconosciuto come certe caratteristiche che si vedrebbero nel cervello».

-Vale a dire che, come in altri famosi casi scientifici, il caso era un ingrediente?

È stato fortuito, è vero, nel senso che questi esseri sono apparsi sul piatto del laboratorio quando non me li aspettavo. Anche il tempismo è stato molto buono in quanto la scoperta è avvenuta all'inizio della mia borsa di studio post-dottorato, il che significava che ero libero di esplorare e lasciare che le osservazioni che potevo fare mi guidassero. Dopo l'eccitazione iniziale, c'è stato molto lavoro per trasformare queste palline di cellule in tessuti. Per un anno ho seguito le mie prove ed errori con questo sviluppo: ho ripetuto questi esperimenti, aggiungendo diverse combinazioni di integratori alimentari alle cellule, registrando diligentemente il risultato nel mio libro di laboratorio. Alla fine ho scoperto che un particolare gel proteico chiamato Matrigel forniva un supporto sufficiente per consentire alle cellule di auto-organizzarsi in tessuti tridimensionali.

- Sono questi gli organoidi?

- Infatti. Questi tessuti tridimensionali sono noti come organoidi, che letteralmente significa organoide, ma un'alternativa che viene utilizzata in laboratorio per indagare le profondità del cervello, in questo caso, e possibili trattamenti contro i suoi disturbi. Questo è esattamente ciò che sono questi costrutti che abbiamo ottenuto in laboratorio: sono tessuti di organi in miniatura che assomigliano a quelli reali, ad esempio, hanno gli stessi tipi di cellule, strutture e funzioni simili. A seconda del tipo di cellule staminali utilizzate, si sviluppano diversi organoidi. Nel mio caso, ho usato le cellule neurali per far crescere organoidi cerebrali o «mini-cervelli», come vengono talvolta chiamati, ma altri a Cambridge stanno ora coltivando tessuti mini-polmonari, mini-intestinali e mini-epatici.

- Quali sono i primi passi nello studio del cervello?

- Lo studio di questo organo umano rappresenta una sfida. Mentre i modelli animali ci hanno aiutato a comprendere i meccanismi fondamentali, possono solo portarci lontano. Ancora una volta, i neuroni derivati da cellule staminali umane coltivate in 2D hanno fornito preziose informazioni su se stessi, ma i neuroni non esistono isolatamente, quindi c'è un limite a ciò che possiamo capire su come funziona il cervello da questi studi. Gli organoidi cerebrali ci danno qualcosa che assomiglia e si comporta in modo molto più simile a quello reale. Ci hanno permesso di fare domande sul perché siamo eccezionalmente suscettibili a condizioni neurologiche e di salute mentale come la schizofrenia che non sembrano colpire gli animali. E, un obiettivo particolare del mio laboratorio, è ciò che rende il cervello umano così speciale.

-Il prossimo passo sarebbe scoprire cosa ci differenzia dagli animali: come può essere rivelato?

- Capire cosa ci distingue dagli altri animali è una domanda fondamentale. Ad esempio, sappiamo che i delfini sono intelligenti e hanno un cervello grande, ma non hanno conversazioni con Zoom! I cervelli delle grandi scimmie sono circa tre volte più piccoli dei nostri; infatti, i miei calcoli recenti hanno mostrato che sono di dimensioni più vicine al cervello di un topo. Siamo davvero interessati a capire come si verifica questa differenza di dimensioni. Coltiviamo organoidi da cellule umane e dai nostri parenti viventi più stretti: scimpanzé e gorilla. Abbiamo scoperto che c'erano delle differenze molto presto nello sviluppo. Le cellule staminali umane erano più lente dei nostri parenti scimmia nel passaggio a uno stato che avrebbe permesso ai neuroni di crescere. Questa variazione molto sottile in questa fase chiave in cui le cellule si espandono in modo esponenziale ha effetti drammatici sul prodotto finale.

- Quali altre differenze hai rilevato?

-Abbiamo anche scoperto che gli organoidi umani sono due volte più grandi, rispetto allo scimpanzé e al gorilla. Questo corrisponde molto bene a quello che vedi in termini di dimensioni del cervello. In particolare, nella corteccia cerebrale, il numero di neuroni nel cervello umano è il doppio di quello del cervello delle grandi scimmie. Per usare l'analogia di un computer: se si posizionano più unità di elaborazione centrali, si otterrà più potenza di calcolo. Penso che sia probabilmente una parte importante di ciò che sta accadendo e permettendo agli esseri umani di avere le nostre capacità cognitive uniche.

- Questo modo di indagare prende le distanze dal modo in cui è stato fatto in passato?

-La scienza è sempre incentrata su come esplorare. Cinquecento anni fa, le persone hanno mappato il mondo: lo hanno viaggiato e lo hanno tradotto in documenti sempre più accurati. Ora ci siamo rivolti verso l'interno e stiamo cercando di mappare ciò che accade all'interno dei nostri corpi. Ogni esperimento è una scoperta. È davvero divertente guardare attraverso il microscopio e sapere di essere la prima persona nella storia umana ad assistere a un particolare fenomeno biologico. È così eccitante. Mi piace pensare che scoperte profonde possano nascere da osservazioni inaspettate. Ci sono molte possibilità nella scienza, ma devi anche essere aperto a questo. In questa disciplina ci viene insegnato a seguire il metodo scientifico che è molto importante, ma molte persone dimenticano il primo passo, che è fare una buona osservazione.

- Cosa stanno già accadendo con i tuoi organoidi?

-Sono entusiasta di vedere come gli organoidi possono aiutare a rispondere ad altre domande di ricerca. Ad esempio, stiamo assistendo a un crescente interesse nell'uso dello strumento per studiare la barriera emato-encefalica, l'epilessia e la neurodegenerazione.

Voglio davvero interagire con altri ricercatori della comunità di Cambridge. La pandemia ci ha esposto a un lavoro collaborativo più aperto che la scienza non aveva sperimentato in questo modo in passato. Lo scambio tra diverse specialità, centri di ricerca e università di tutto il mondo si è intersecato con basi di banche sanitarie che sono state conservate per anni e che, grazie al loro accesso, hanno permesso ai professionisti di tutte le discipline di trovare nuovi percorsi, insieme, utilizzando conoscenze provenienti da diversi angoli. Penso che sia spesso facile concentrarsi sul nostro campo specifico, ma c'è molto che possiamo imparare da tutte le discipline. Spesso ci poniamo domande molto simili ma le affrontiamo da diverse angolazioni. Penso che, alla fine, avremo bisogno di risposte su tutte le questioni per svelare ciò che ci rende umani.

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