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Gut microbiota impact on brain development and plasticity.

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Una comprensione più profonda dell’asse intestino-cervello

I microbioti svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo e nel mantenimento della funzione del sistema immunitario e nella regolazione del peso corporeo. Evidenze emergenti suggeriscono che i microbioti intestinali potrebbero essere coinvolti nella via di comunicazione dell’asse intestino-cervello, modulando le funzioni e il comportamento del cervello.

Salute

I microbioti intestinali, o più comunemente la microflora, è un complesso ecosistema di microrganismi, principalmente batteri, che popolano l’intestino vivendo in simbiosi con il nostro corpo. Per esaminare più da vicino la connessione tra il cervello e il microbioma, Paola Tognini, ricercatrice principale del progetto GaMePLAY, ha esaminato il modo in cui il microbiota intestinale modula lo sviluppo e la plasticità del cervello. Con sede presso la Scuola Normale Superiore di Pisa, ha utilizzato il metodo consolidato di valutazione dello sviluppo della corteccia visiva nei topi. La plasticità neurale o cerebrale è la capacità del nostro cervello di modificare i suoi circuiti in risposta a stimoli esterni e/o all’esperienza. Tognini si è concentrata sulla plasticità del cervello degli adulti. La proprietà di essere «modificabile» è particolarmente elevata nei cervelli giovani e diminuisce con l’età. Come spiega Tognini: «Il nostro cervello contiene alcune aree che mostrano plasticità solo in specifiche finestre temporali di sviluppo postnatale. Quando questo periodo speciale di gioventù termina, i circuiti diventano stabili e non sono più mutevoli». Il progetto GaMePLAY, che ha ricevuto il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie, si è chiesto se i segnali provenienti dai microbioti intestinali possano favorire la riattivazione della plasticità nel cervello dei topi adulti. «Per raggiungere questo obiettivo, ho sfruttato il sistema visivo come modello, perché gli animali adulti normalmente non mostrano plasticità. È importante notare che i cambiamenti specifici nella composizione dei microbi intestinali potrebbero effettivamente promuovere la plasticità nell’area visiva del cervello dei topi adulti. Il cervello di questi animali si è comportato come il cervello di un giovane topo, cambiando in risposta a stimoli specifici», ha aggiunto Tognini.

Il ruolo delle gabbie arricchite sui microbioti dei topi

GaMePLAY ha scoperto che la composizione dei microbioti intestinali cambiava con l’età degli animali e anche con il tipo di ambiente in cui il topo veniva allevato. «Topi che vivono in ambienti in grado di promuovere la plasticità cerebrale, (io direi ambienti “pro-plasticità”), contengono microbi diversi rispetto ai topi che vivono in un ambiente non stimolante», ha affermato Tognini. Gli stessi animali sono stati analizzati in età diverse: prima dello svezzamento, giovani svezzati e in età adulta. È interessante notare che le maggiori differenze nella composizione batterica sono rimaste fino all’età adulta. «Credo che questo sia causato dal fatto che i topi adulti possono sperimentare pienamente e meglio la varietà di stimoli che vengono loro presentati nelle gabbie», ha spiegato Tognini. Per valutare la plasticità del cervello la ricercatrice ha registrato le risposte dei neuroni nella corteccia visiva, che corrispondono alla parte occipitale del cervello. In particolare, ha studiato la plasticità della dominanza oculare. La dominanza oculare si riferisce alla proprietà dei neuroni corticali visivi che rispondono preferibilmente all’input proveniente da un occhio rispetto all’altro. Nel topo giovane è possibile indurre un fenomeno plastico, che corrisponde allo spostamento della preferenza del neurone per l’input visivo da un occhio all’altro. Questo fenomeno plastico non è presente nell’adulto, a meno che non venga stimolato in particolari condizioni ambientali. «Nel nostro studio abbiamo scoperto che l’allevamento dei topi in un “ambiente speciale” e stimolante favorisce la plasticità della dominanza oculare e che i batteri intestinali contribuiscono a questo effetto pro-plasticità», ha spiegato Tognini. GaMePLAY è riuscito a dimostrare la possibilità di riattivare la plasticità cerebrale attraverso la manipolazione dei microbi intestinali. L’implicazione di questo concetto è ampia, e non limitata ai sistemi sensoriali e alla corteccia visiva. «Infatti, sto ora sezionando i batteri specifici e le loro molecole derivate con l’obiettivo di identificare nuovi probiotici e prebiotici. Al momento sto trasferendo queste informazioni a modelli di malattie precliniche caratterizzate da deficit di plasticità. Mi sto concentrando, in particolare sui disturbi dello sviluppo neurologico, per scoprire le future terapie per il loro trattamento», ha concluso Tognini.

Parole chiave

GaMePLAY, plasticità cerebrale, microbioma, microbioti intestinali, asse intestino-cervello, corteccia visiva

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