Gli scienziati hanno da sempre considerato il cervello come un singolo organo caratterizzato da un’origine di sviluppo interamente condivisa. Una nuova ricerca condotta dagli studiosi Stanford Medicine sfida tuttavia questa radicata convinzione scientifica, suggerendo che quello che comunemente chiamiamo cervello è in realtà costruito a partire da 2 sistemi distinti, emersi separatamente nel corso di centinaia di milioni di anni di evoluzione. Per decenni, il modello dominante ha sostenuto che l’intero apparato cerebrale si sviluppasse da una singola popolazione precoce di cellule progenitrici. Secondo tale visione, il prosencefalo, il mesencefalo e il rombencefalo risalivano tutti allo stesso identico punto di partenza. I nuovi risultati, pubblicati su Nature Neuroscience, tracciano invece un quadro profondamente diverso e inaspettato. Il cervello umano sembra combinare 2 antichi sistemi nervosi, portando a una vera e propria rivoluzione della neurologia. Un sistema dà origine a strutture responsabili di funzioni essenziali come il respiro e il battito cardiaco, l’altro produce regioni associate al linguaggio, alla matematica e al pensiero astratto.
Le radici profonde di una divisione inaspettata
L’adulto possiede un apparato diviso in 3 regioni principali, eppure la loro origine è molto più frammentata di quanto ipotizzato finora. Il team di ricerca ha esaminato le primissime fasi dello sviluppo embrionale nei topi, durante la gastrulazione, scoprendo che il rombencefalo segue un percorso del tutto indipendente fin dall’inizio, evolvendosi in parallelo con le altre regioni. Una specifica popolazione di cellule esprime il gene Otx2 ed è destinata a formare il prosencefalo e il mesencefalo, mentre una 2ª popolazione distinta esprime il gene Gbx2 e si sviluppa nel rombencefalo. Le 2 popolazioni rimangono rigorosamente separate e mostrano configurazioni della cromatina fondamentalmente diverse.
L’attenzione alle fasi primordiali è stata la chiave della scoperta. “Nella biologia delle cellule staminali, le persone sono sempre fissate con la creazione del tipo di cellula finale, come il neurone“, ha detto Rayyan Jokhai, co-autore principale della ricerca. “Ma è importante iniziare dalle primissime fasi dello sviluppo embrionale. La nostra meticolosa attenzione a quel momento iniziale ci ha permesso di trovare questa divisione fondamentale nello sviluppo del cervello“.
Coltivare neuroni in laboratorio per studiare malattie incurabili
Questa netta distinzione chiarisce un problema che assilla i ricercatori da tempo. “I precedenti tentativi di creare neuroni del rombencefalo probabilmente cercavano di persuadere i progenitori del prosencefalo e del mesencefalo a trasformarsi in cellule del rombencefalo, cosa che il nostro studio dimostra non essere possibile“, ha affermato Jokhai. Comprendendo questa divisione, il team ha guidato con successo per la 1ª volta delle cellule staminali pluripotenti umane fino a farle diventare veri motoneuroni del rombencefalo capaci di produrre segnali elettrici. “Abbiamo dimostrato per la 1ª volta che la parte anteriore del cervello deriva da una cellula progenitrice totalmente diversa rispetto alla parte posteriore del cervello“, ha affermato Kyle Loh, professore associato di biologia dello sviluppo e autore senior. “La nostra scoperta significa che ora possiamo coltivare neuroni dalla parte posteriore del cervello, il rombencefalo, in una capsula di Petri e studiarne le funzioni“.
Tale traguardo risulta di fondamentale importanza per la lotta contro patologie gravissime. L’atrofia muscolare spinale è una causa genetica primaria di mortalità nei bambini sotto 1 anno di età, mentre la sclerosi laterale amiotrofica viene spesso diagnosticata tra i 40 e i 70 anni. “Ora abbiamo un modello per comprendere meglio queste malattie devastanti e lavorare verso terapie rigenerative per esse“, ha detto Jokhai. “Questa è una nuova frontiera molto entusiasmante nella ricerca sul cervello“.
Un salto indietro di centinaia di milioni di anni
Allargando la prospettiva alla storia evolutiva, i ricercatori hanno individuato l’impronta di queste 2 origini in polli, pesci zebra e persino nei vermi ghianda. Le meduse, separate dalla nostra linea evolutiva tra 600 e 700 milioni di anni fa, possiedono già 2 sistemi nervosi posizionati a estremità diverse del corpo. Questa configurazione arcaica è stata unita fisicamente con l’avanzare dell’evoluzione. “La nostra ricerca suggerisce che l’evoluzione ha preso 2 sistemi neurali esistenti e li ha spinti insieme spazialmente“, ha detto Loh. “Avere il cervello come un unico organo sarebbe probabilmente più efficiente, ma facciamo affidamento su questo modo primordiale di creare il cervello come 2 pezzi separati“.
L’idea di un organo nato dall’assemblaggio di sistemi autonomi apre enormi interrogativi sul nostro sviluppo biologico. “Sono rimasto sorpreso dai nostri risultati perché la parola ‘cervello’ implica un organo contiguo che probabilmente ha un’origine singolare“, ha detto Jokhai. “Ma anche 500 milioni di anni fa, c’erano questi sistemi neurali separati, che ora operano quasi come uno solo, il che è molto bello“.
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