Episode Transcript
[00:00:00] Speaker A: Noi come facciamo a dire che queste cellule funzionano davvero come neuroni che si comportano come reti nervose funzionali e che non sono solo un ammasso di cellule buttate lì così?
[00:00:19] Speaker B: Questo è Neuroscienze e Ricerca, PhD on Air.
La ricerca raccontata da chi la vive ogni giorno.
[00:00:27] Speaker A: Benvenuti a Peach di OnAir, io sono Gianmichele Villano, medico e dottorando di Nogmi, e oggi affrontiamo una domanda molto affascinante, ovvero come si studia una malattia del cervello? E parleremo proprio di un approccio che negli ultimi anni ha cambiato molto il modo di fare ricerca, quello delle cellule staminali pluripotenti indotte. e ne parliamo con Martina Servetti, biologa specializzata in genetica medica e dottoranda in neuroscienze. Ciao Martina!
[00:00:58] Speaker C: Ciao a tutti e grazie per avermi dato questa possibilità di parlare oggi.
[00:01:03] Speaker A: Allora noi siamo qui in un podcast di neuroscienze e io ti chiedo subito perché è così importante studiare le malattie del neurosviluppo?
[00:01:12] Speaker C: Allora queste queste malattie sono molto importanti da studiare perché appunto il cervello umano è veramente difficile normalmente da vedere da vicino perché si possono studiare soltanto in seguita delle operazioni quindi in seguita delle biopsie e quindi è veramente importante cercare di trovare un altro modo alternativo per appunto indagare che cosa succede veramente a livello del cervello.
[00:01:41] Speaker A: In effetti c'è già una difficoltà enorme che spesso non ci si riflette al riguardo ma come dicevi il cervello è poco accessibile quindi anche difficilmente studiabile.
[00:01:54] Speaker C: Esatto esatto c'è la scatola cranica comunque che impedisce giustamente e protegge il nostro cervello in più è veramente molto complesso di per sé quindi quello che studiamo noi è cercare di riprodurre in qualche modo anche solo una piccola parte di questa complessità per cercare di capirla al meglio e di studiarla.
[00:02:18] Speaker A: In effetti nelle neuroscienze non basta sempre il modello animale e qui entra in gioco proprio il tuo lavoro.
[00:02:28] Speaker C: Esatto, come giustamente dici tu, purtroppo tutto quello che si sa dello sviluppo anche del cervello viene da modelli utilizzati, quindi modelli animali, specialmente il topo, ma sappiamo tutti quali sono le differenze comunque sia nelle dimensioni, sia nella complessità, sia proprio del numero di cellule che c'è tra un cervello umano e un cervello murino. Quindi noi vogliamo cercare appunto di capire e di studiarlo più nel dettaglio partendo appunto da delle cellule che sono umane.
[00:02:57] Speaker A: E proprio qui arriviamo al cuore del metodo che oggi vogliamo un po' raccontare. E per chi ci ascolta e magari non mastica biologia cellulare tutti i giorni, che cosa sono, spiegato in maniera semplice, le cellule staminali pluripotenti indotte?
[00:03:14] Speaker C: A me piace chiamarle super cellule super speciali perché queste cellule ci permettono in effetti di, a partire da queste, di generare diverse popolazioni, quindi neuroni.
E la cosa affascinante è che noi queste cellule le possiamo ottenere semplicemente da una biopsia della pelle o comunque dal sangue.
e quindi attraverso dei fattori di trascrizione, quindi delle molecole che noi aggiungiamo, noi modifichiamo queste cellule della pelle, si dice che le sdifferenziamo, quindi queste cellule ritornano a essere pluripotenti, in modo poi da poterci lavorare come base per ottenere le popolazioni cellulari che vogliamo investigare al meglio.
[00:03:54] Speaker A: Quindi in un certo senso si può dire che prendete una cellula adulta e la riportate indietro e poi la riaccompagnate verso un nuovo destino.
[00:04:04] Speaker C: Esattamente, esattamente. Certo, questo metodo ha comunque i suoi limiti ed è importante essere consapevoli che non è che si riviene a creare un minicervello in vitro. però comunque si riescono a ottenere delle funzioni che sono molto simili ai neuroni umani normali e comunque è un modello che a mio parere è molto importante utilizzare soprattutto al giorno d'oggi per arrivare anche a ottenere una medicina un po' più personalizzata per il paziente.
[00:04:34] Speaker A: Certamente a questo punto io ti chiederei voi prendete queste cellule, le riportate indietro, le dite voi dovete diventare dei neuroni e poi cosa ci fate?
[00:04:43] Speaker C: Una volta che abbiamo ottenuti questi neuroni noi possiamo andare un po' a vedere come stanno questi neuroni, cioè in particolare andiamo a studiare l'attività, quindi potenziali d'azione, che spoiler, li hanno, quindi sono veramente dei neuroni a tutti gli effetti. e inoltre utilizziamo anche dei marcatori per questi neuroni per capire che cosa, che geni vengono a essere prodotti e andiamo proprio a vedere che livello di comunicazione si viene a instaurare tra i diversi neuroni e tra altre cellule.
[00:05:11] Speaker A: In effetti poi immagino ovviamente ci siano diverse popolazioni neurali, in particolare in lavoro del vostro gruppo di ricerca su Steam Cell Reviews Reports vi siete concentrati anche sui neuroni glutamatergici.
[00:05:27] Speaker C: Esatto, infatti una parte del laboratorio è molto focalizzata sullo studio appunto dell'epilessia e quindi in questo lavoro noi abbiamo ottenuto dei neuroni che sono glutamaterdici quindi eccitatori e in questo modo appunto siamo andati più nel dettaglio per vedere che cosa succede a queste popolazioni in vitro diciamo.
[00:05:50] Speaker A: in effetti diciamo una visione un po più tecnica però nel paper parlate anche di una differenziazione guidata da ngn2 ci spieghi in maniera semplice cosa significa un po per far comprendere l'approccio Certo.
[00:06:07] Speaker C: Allora, a partire da queste cellule pluripotenti esistono principalmente due diversi protocolli per ottenere neuroni. Il primo si chiama L2-ASMAD, quindi si vanno ad aggiungere delle molecole che bloccano o attivano determinati pathway e utilizzando questo primo protocollo si avranno dei neuroni eccitatori, dei neuroni inibitori e anche degli astrociti. Questo protocollo però è molto variabile ed è anche un po' più lungo e per questa ragione nel nostro gruppo ci siamo più focalizzati sul secondo protocollo. Questo protocollo è un po' meno fisiologico, infatti noi andiamo a over-esprimere, quindi andiamo a far esprimere tanto questo gene, NGN2 che hai detto, e questo gene ha la particolarità di attivare diversi pathway e soprattutto indirizza verso un unico sviluppo che è questo glutamatergico di cui parlavi, quindi eccitatorio. Quindi utilizzando questo protocollo noi avremo una popolazione pura di neuroni eccitatori che poi potremo andare a studiare un po' più nel dettaglio. Nel lavoro che hai citato noi ci siamo focalizzati per cercare di diminuire un po' la variabilità. in modo da essere sicuri che poi il dato ottenuto da questi neuroni sia un dato abbastanza veritiero, visto che come ho detto poi il goal finale sarebbe anche provare dei farmaci o comunque capire che cosa sta succedendo in questo network neuronale.
[00:07:29] Speaker A: Già hai spoilerato parte della domanda che ti volevo fare, ma per avere ulteriore chiarezza su questo procedimento, noi come facciamo a dire che queste cellule funzionano davvero come neuroni che si comportano come reti nervose funzionali e che non sono solo un ammasso di cellule buttate lì così?
[00:07:53] Speaker C: Allora queste cellule noi le teniamo in cultura per tanto tempo quindi generalmente le teniamo per due mesi e durante questi mesi in cui appunto facciamo esperimenti noi misuriamo la loro attività elettrica, in particolare utilizziamo delle piastre che hanno degli elettrodi e quindi questi elettrodi ci permettono proprio di vedere questi neuroni veramente attivi quindi formare proprio delle reti neuronali Ed è molto affascinante perché durante le varie settimane di sviluppo si vede proprio crescere questa attività. Quindi si vede che il neurone all'inizio, ci sono dei singoli neuroni che hanno attività e piano piano questa attività viene a essere più sincronizzata nelle diverse parti della piastra fino a formare proprio delle reti neuronali. Quindi abbiamo questa parte qua. e ovviamente in parallelo facciamo delle analisi di proteomica, quindi andiamo a vedere le proteine che esprimono questi neuroni e come dicevo anche delle analisi di immunostaining, cioè andiamo proprio a vedere che geni, che marcatori vengono ad essere spessi. Per ultimo andiamo anche a vedere ovviamente le sinapsi, quindi queste vescicole sinaptiche vengono ad essere prodotte, in che quantità sono prodotte e anche a che tempo dello sviluppo sono prodotte.
[00:09:09] Speaker A: Chiarissimo, io vorrei passare all'applicazione clinica di questo metodo ma prima c'era un'altra parte metodologica che volevo chiarire, cioè il tipo di popolazioni neuronali. Voi per esempio in questo modello riuscite ad ottenere neuroni di tipo incitatorio che sono però immersi in astrociti di ratto.
[00:09:29] Speaker C: Esatto, questi neuroni che otteniamo per ora non riescono a sopravvivere senza un supporto e ci sono diversi paper che utilizzano astruciti umani, infatti una parte del nostro lavoro è cercare anche di ovviamente generare questi astruciti umani, però per ora utilizziamo astruciti di ratto per supportare la crescita di questi neuroni.
[00:09:52] Speaker A: Mi facevo questa domanda perché è un aspetto poi fondamentale quando si vanno a indagare diversi tipi di malattie.
Mi volevo appunto anche ricollegare allo studio del tuo gruppo di ricerca che è ad esempio sull'epilessia.
[00:10:09] Speaker C: Esatto, nel nostro laboratorio studiamo l'epilessia, in particolare un filone del nostro gruppo studia questo gene PRRT2, che è associato all'epilessia benigna negli stadi precoci, che poi nell'adolescenza evolve in questa dischinesia, quindi disturbi del movimento. In particolare noi abbiamo studiato una famiglia dove sono presenti due pazienti omozigoti, quindi a cui manca completamente il gene PRRT2, e un paziente torrizigoti, quindi a metà produzione di questo gene PRRT2. e in questo caso noi siamo andati quindi come dicevo prima abbiamo preso la biopsia della pelle abbiamo differenziato i neuroni e attraverso questo metodo che hai citato prima li abbiamo differenziati quindi ottimizzandoli andando a vedere a cercare di diminuire la variabilità e su questi appunto abbiamo notato che comparati a persone che stanno bene quindi a dei controlli sani questi neuroni hanno più attività rispetto alla controparte sana e proprio su questi ci abbiamo fatto anche delle analisi per quanto riguarda lo studio di farmaci.
[00:11:14] Speaker A: Quindi in questo caso il valore che otteniamo non è solo teorico, nel senso che noi possiamo andare a prendere i campioni da questi pazienti e poi andare ad indagare una rete neurale ottenuta con il campione cerebrale di quel paziente per comprendere se effettivamente vi sono alterazioni di quella rete.
[00:11:35] Speaker C: Esatto, esatto, questo è quello che facciamo. Come dicevo prima, il nostro scopo è anche quello di, in futuro, aggiungere a questa rete neuronale anche la controparte inibitoria, quindi aggiungere neuroni inibitori e aggiungere astrociti umani, proprio per avere un modello, noi lo chiamiamo FULL2D, quindi un modello 2D in grado che riesca un po' a recapitolare quello che capita nel paziente, seppur molto più semplificato, ma che magari ci può aiutare a prescindere a capire che cosa sta succedendo e quali meccanismi vengono ad essere attivati.
[00:12:08] Speaker A: E rendendo poi il modello ancora più complicato c'è la possibilità di poter testare farmaci, molecole, cioè anche un primo approccio a una medicina personalizzata.
[00:12:21] Speaker C: Sì, anche questa parte la trovo ovviamente molto affascinante, però la forza diciamo di utilizzare queste cellule secondo me è proprio quella, quindi a partire da pazienti che hanno disturbi in generale del neurosviluppo uno ottiene questa popolazione in vitro e su questa può applicare, provare diversi tipi di farmaci per vedere inizialmente se questi hanno effetto. E' ovvio che comunque lo studio, a mio parere, sul modello Morino verrà sempre fatto in parallelo perché sono incomparabili i due modelli. Comunque uno è un intero organismo, l'altro ovviamente sono solo delle cellule in vitro. Però a mio parere comunque anche la controparte di queste cellule umane in vitro può essere veramente importante nel futuro per aiutarci a capire un po' alcuni meccanismi.
[00:13:12] Speaker A: Parlaci proprio delle prospettive future, cioè come ti immagini poi l'utilizzo di questi modelli?
Verso che tipo di ricerca stiamo andando?
[00:13:24] Speaker C: Allora, a mio parere c'è già ovviamente un secondo step, nel senso che a partire da queste cellule pluripotenti ad oggi si possono anche ricreare i cosiddetti organoidi e su questa è anche questa parte molto molto interessante perché questi organoidi che si vengono a generare possono contenere diverse parti del cervello. Quindi parliamo di organoidi ipocampo-allai, che quindi è simile all'ipocampo, simile alla corteccia. E in alcuni laboratori stanno anche mettendo insieme queste parti di organoidi, che si viene a chiamare assembloide, questa parte gigante.
E si vede anche come comunicano queste regioni tra di loro.
E in questo modo, ovviamente con questi modelli 3D, si va anche un po' a ricreare tutta l'organizzazione di queste reti neuronali, proprio anche a livello spaziale.
[00:14:13] Speaker A: Allora io vi assicuro che Martina ha parlato di IPSC con un grande sorriso sulle labbra, questo mi fa sperare che questa grande passione venga traslata nella ricerca e soprattutto concludiamo così la nostra prima stagione, ma come avrete ben capito le frontiere delle neuroscienze sono pressoché infinite.
Vi aspettiamo quindi per la prossima stagione di PhD on Air.
[00:14:46] Speaker B: Neuroscienze e ricerca, PhD e honneur, è un progetto di NOGMI, Dipartimento di Neuroscienze e riabilitazione e oftalmologia genetica e scienze materno-infantili dell'Università di Genova.
Produzione, Unige Radio. Voce e supervisione scientifica, Gianmichele Villano. Organizzazione, Arianna Pitonzo. Montaggio, Nadia De Nurkis. Progetto grafico, Guzio.
