Il Cervello è Due Organi Separati: Lo Studio di Stanford Ribalta Decenni di Neuroscienze

Due Organi Separati: La Dualità Nascosta del Cervello

Per secoli, le neuroscienze hanno trattato il cervello come un organo singolo e unificato. Ma uno studio fondamentale della Stanford Medicine, pubblicato il 18 settembre su Nature Neuroscience, rivela una realtà molto più complessa: il cervello umano è in realtà due organi distinti che si sono evoluti indipendentemente per centinaia di milioni di anni. La scoperta sfida un modello fondamentale dello sviluppo cerebrale e spiega decenni di frustranti fallimenti nella ricerca di laboratorio.

Guidato dal professore associato di biologia dello sviluppo Kyle Loh, il team di ricerca ha identificato due popolazioni di cellule progenitrici completamente separate durante lo sviluppo embrionale: una destinata a diventare il proencefalo e il mesencefalo, l'altra impegnata a formare il romboencefalo. Queste popolazioni non si sovrappongono mai, procedendo su binari di sviluppo paralleli che rimangono mutualmente esclusivi fin dalle prime fasi della vita.

Una Divisione Fondamentale Scoperta nello Sviluppo Embrionale

La svolta è arrivata dallo studio della gastrulazione, la fase più precoce in cui il corpo prende forma per la prima volta. Gli studenti laureati Carolyn Dundes e Rayyan Jokhai hanno esaminato embrioni di topo in via di sviluppo e hanno scoperto che il romboencefalo segue un percorso di sviluppo completamente separato dal proencefalo e dal mesencefalo, non ramificandosi da un antenato comune come si credeva in precedenza.

I ricercatori hanno identificato due cellule progenitrici distinte: una che esprime il gene Otx2, destinata al proencefalo e al mesencefalo, e un'altra che esprime Gbx2, impegnata nella formazione del romboencefalo. Queste due popolazioni rimangono completamente separate fin dalle fasi più precoci. L'esame della cromatina, l'imballaggio del DNA che determina l'accessibilità dei geni, ha rivelato configurazioni fondamentalmente diverse in ciascun progenitore, bloccando di fatto ciascuno nel proprio destino rispettivo.

Spiegare Decenni di Esperimenti di Laboratorio Falliti

Questa scoperta risolve un mistero di lunga data nella biologia delle cellule staminali. Per decenni, gli scienziati hanno lottato per coltivare neuroni del romboencefalo umano in laboratorio, nonostante abbiano coltivato con successo altri tipi di cellule cerebrali. Il motivo, come spiega Jokhai, è che "i precedenti tentativi di produrre neuroni del romboencefalo probabilmente hanno cercato di indurre i progenitori del proencefalo e del mesencefalo a diventare cellule del romboencefalo, cosa che il nostro studio mostra non essere possibile."

Armato di questa nuova comprensione, il team di Stanford ha indotto con successo cellule staminali pluripotenti umane a diventare per la prima volta neuroni motori funzionali del romboencefalo. Questi neuroni coltivati in laboratorio hanno mostrato caratteristiche autentiche, inclusi potenziali d'azione e proteine che identificano i segmenti del romboencefalo che controllano i muscoli facciali e della deglutizione, convalidando il nuovo modello di sviluppo.

Origini Evolutive che Abbracciano 550 Milioni di Anni

Il modello a due cervelli si estende ben oltre gli esseri umani. I ricercatori hanno trovato la stessa struttura a doppia origine in polli, pesci zebra e persino vermi di ghianda, creature minuscole del fondale oceanico che condividono un antenato lontano con gli umani. Le meduse, che si sono separate dagli umani da 600 a 700 milioni di anni fa, possiedono due sistemi nervosi alle estremità opposte del loro corpo, suggerendo che questa struttura duale sia profondamente antica.

"La nostra ricerca suggerisce che l'evoluzione ha preso due sistemi neurali esistenti e li ha spinti insieme spazialmente," ha detto Loh. "Avere il cervello come un organo unico sarebbe probabilmente più efficiente, ma facciamo affidamento su questo modo primordiale di creare il cervello come due pezzi separati."

Implicazioni per SLA, SMA e Malattie del Tronco Encefalico

La scoperta ha profonde implicazioni cliniche. Il romboencefalo controlla funzioni essenziali come la respirazione, la regolazione del battito cardiaco, la deglutizione e la fame. Malattie come l'atrofia muscolare spinale (SMA), una delle principali cause genetiche di morte nei bambini sotto 1 anno, e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) colpiscono specificamente i neuroni del romboencefalo, causando la perdita della capacità di deglutire e respirare.

Fino ad ora, studiare queste malattie è stato quasi impossibile perché gli scienziati non possono ottenere tessuto del tronco encefalico da pazienti viventi. La capacità di coltivare neuroni autentici del romboencefalo in una piastra apre opportunità senza precedenti per comprendere cosa va storto in queste condizioni e sviluppare terapie rigenerative.

C'è anche una connessione inaspettata con il trattamento dell'obesità: il romboencefalo contiene circuiti che regolano la fame, che è proprio il modo in cui funzionano i farmaci dimagranti come il semaglutide. Questa ricerca potrebbe accelerare lo sviluppo di trattamenti più mirati anche per i disturbi metabolici.

Oltre il Paradigma dell'Organo Singolo

Lo studio ribalta decenni di consenso scientifico radicato nel modello del progenitore singolo. "Abbiamo dimostrato per la prima volta che la parte anteriore del cervello deriva da una cellula progenitrice totalmente diversa rispetto alla parte posteriore del cervello," ha detto Loh. "La nostra scoperta significa che ora possiamo coltivare neuroni dalla parte posteriore del cervello, il romboencefalo, in una piastra Petri e studiarne le funzioni."

I ricercatori intendono estendere il loro lavoro per determinare le origini dello sviluppo del midollo spinale e indagare esattamente come la SMA e la SLA compromettono la funzione dei neuroni del romboencefalo. Questa ricerca, sostenuta dal National Institutes of Health, dal California Institute for Regenerative Medicine e dalla Spinal Muscular Atrophy Foundation, tra gli altri, rappresenta un cambiamento fondamentale nella comprensione del nostro organo più complesso.

Come ha osservato Jokhai, "Anche 500 milioni di anni fa, esistevano questi sistemi neurali separati, che ora operano quasi come uno solo, il che è molto interessante. Ora abbiamo un modello per comprendere meglio queste malattie devastanti e lavorare verso terapie rigenerative per esse."