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Modelli di organoidi cerebrali di infezioni virali forniscono spunti sullo sviluppo del cervello umano

La modalità di sviluppo del cervello umano è una questione fondamentale per la neurobiologia. Poiché gli organoidi cerebrali possono replicare questo processo, sono stati usati da un progetto per comprendere il modo in cui le infezioni virali possono alterare lo sviluppo del cervello umano, con la speranza di nuove terapie antivirali.

Salute

Anche se lo studio di organismi modello, quali i topi, ha fornito ai ricercatori spunti preziosi sui principi di fondo dello sviluppo del cervello umano, alcuni meccanismi appaiono unici per la nostra specie. Il progetto Spindle Brain Organoid, con il supporto dell’UE, ha utilizzato organoidi cerebrali (strutture organiche tridimensionali composte da cellule staminali neurali e neuroni umani) per studiare lo sviluppo cerebrale. Il progetto ha utilizzato modelli di organoidi per studiare le infezioni virali nel cervello, ricercando il modo in cui i virus possono indirizzarsi verso le cellule staminali neurali umane e compromettere così la loro capacità di generare neuroni. I risultati aiutano a comprendere in che modo le infezioni virali possono danneggiare il cervello del feto e perché queste infezioni sono particolarmente pericolose durante la gravidanza. Tramite questi modelli di infezione, è ora possibile comprendere meglio il modo in cui i virus si diffondono nel cervello ed elaborare strategie per limitare le infezioni, oltre a supportare la progettazione di terapie antivirali selettive. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie.

La neurogenesi in una piastra

La tecnica di modellizzazione in vitro di organoidi cerebrali 3D, sviluppata nel laboratorio Knoblich che ha ospitato il progetto, può replicare alcuni dei meccanismi della neurogenesi umana, tra cui i percorsi di differenziazione attraverso i quali le cellule staminali pluripotenti iniziano a specializzarsi. Le cellule staminali neurali sono presenti all’inizio dello sviluppo e permangono in vari cicli della divisione cellulare, dando origine a tutti i neuroni del cervello. Essenzialmente, gli organoidi cerebrali non sono soltanto una fonte importante di cellule staminali neurali e neuroni umani, ma riproducono anche l’organizzazione spaziale delle cellule che è visibile nello sviluppo cerebrale, il che fornisce un modello potente del cervello umano. «La tecnica inoltre si presta alla manipolazione sperimentale e all’editing genetico umano, così da poter essere usata per testare in modo funzionale i ruoli dei geni e dei difetti genetici umani nel processo di neurogenesi», aggiunge la borsista Veronica Krenn.

Introduzione di carichi virali

Guidati dalla scoperta che il virus Zika potesse rivolgersi alle cellule staminali neurali umane e alterarne il comportamento durante la neurogenesi, provocando nei neonati la microcefalia (testa di piccole dimensioni), i ricercatori hanno introdotto infezioni virali nei modelli organoidi cerebrali per tracciarne l’impatto. Sono state utilizzate analisi immunoistochimiche su organoidi di controllo e infetti, per localizzare le cellule staminali, per individuare inoltre quali cellule erano infette e qual era l’impatto su di esse, ad esempio, se venivano uccise durante l’infezione. Il team ha testato la capacità dei virus, incluso il virus Zika, di infettare gli organoidi e puntare alle cellule staminali neurali, oltre all’effetto di tali infezioni sulla sopravvivenza e sul comportamento delle cellule staminali neurali, nonché la crescita degli organoidi. I ricercatori hanno anche studiato i meccanismi antivirali adottati dalle cellule staminali neurali per combattere l’infezione. «Questi modelli possono essere usati per studiare varie infezioni e individuare strategie per limitare la diffusione dei virus e ridurre il danno neurologico causato da queste infezioni», afferma la Krenn. «La conduzione di altri test con l’utilizzo dei nostri modelli in vitro potrebbe aiutare la scoperta di nuove terapie farmacologiche antivirali, per prevenire le complicanze neurologiche correlate a queste infezioni». Il passaggio successivo sarà utilizzare queste diverse piattaforme per le infezioni, per sviluppare terapie virus-specifiche al fine di combattere le infezioni e limitare il danno cerebrale.

Parole chiave

Spindle Brain Organoid, cellule staminali neurali, cervello, Zika, virus, neurologico, terapie farmacologiche, analisi immunoistochimiche, organoidi, neurogenesi, infezione

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