In laboratorio, la glia radiale umana risponde a glucosio e talamo

Alla UCLA, Claudia Nguyen e i suoi colleghi hanno fuso organoidi talamici e corticali derivati da cellule staminali — modelli cerebrali coltivati in laboratorio — in assembloidi, per poi esaminare come comunicassero i tessuti. In questi modelli, le proiezioni talamiche hanno stabilito un contatto fisico diretto con la glia radiale, le cellule staminali che costruiscono gran parte della corteccia in sviluppo. Il contatto ha spinto le cellule a produrre più neuroni eccitatori, soprattutto i neuroni degli strati superiori, quelli che presentano la maggiore espansione nel cervello umano. Uno studio parallelo condotto dai laboratori di Aparna Bhaduri e Heather Christofk ha individuato un secondo sistema di istruzioni: il metabolismo.

Prima della nascita, la glia radiale prende miliardi di decisioni su quali cellule cerebrali creare e quando. Genera molti dei neuroni e delle cellule di supporto della corteccia cerebrale, la regione associata al pensiero, alla memoria e al linguaggio. La sua importanza la rende inoltre un oggetto di interesse nei disturbi del neurosviluppo e neuropsichiatrici, oltre che nel cancro, perché cellule simili alla glia radiale possono riemergere nei tumori cerebrali dopo essere in gran parte scomparse prima della nascita.

Lo studio pubblicato su Cell, guidato dai co-primi autori Jessenya Mil e Jose Soto, ha utilizzato tessuti umani donati e organoidi cerebrali derivati da cellule staminali per mappare il metabolismo nella corteccia in sviluppo. I ricercatori hanno scoperto che la glia radiale dipende in larga misura dalla via dei pentoso fosfati, un processo che usa il glucosio per generare i componenti necessari alle cellule che si dividono rapidamente. Quando la disponibilità di glucosio è stata ridotta o la via è stata interrotta, le cellule staminali hanno modificato la propria produzione, generando più neuroni inibitori e altri tipi cellulari comparsi più tardi. Il risultato colloca il metabolismo all’interno del processo decisionale, invece di considerarlo un’attività di fondo.

Lo studio pubblicato su Science, guidato da Claudia Nguyen, ha affrontato il motivo per cui le proiezioni talamiche raggiungono la corteccia prima di stabilire le connessioni definitive con neuroni specifici. Gli assembloidi umani hanno mostrato che le prime proiezioni si collegano direttamente alla glia radiale. Il gruppo ha ricondotto questo contatto a NRXN1, un gene noto per contribuire alla formazione delle connessioni tra neuroni; mutazioni del gene sono già state associate ai disturbi dello spettro autistico. Negli assembloidi ottenuti da cellule derivate da pazienti portatrici di una mutazione di NRXN1, i segnali talamici si comportavano in modo diverso e modificavano l’equilibrio tra la glia radiale e i neuroni da essa prodotti. Secondo il gruppo, è molto probabile che questo contatto fisico non esista nei roditori.

In concreto, il lavoro offre ai ricercatori due nuove leve per testare come si sviluppa la corteccia umana: modificare le vie di elaborazione dei nutrienti e alterare i primi segnali provenienti da un’altra regione cerebrale. L’atlante metabolico potrebbe aiutare a studiare come l’alimentazione materna e i disturbi metabolici influenzino lo sviluppo, mentre gli assembloidi offrono un modo per esaminare come una segnalazione alterata possa influire sulla corteccia. Le prove restano di laboratorio — ottenute da tessuti donati, organoidi e assembloidi — e non consistono in un intervento clinico né in un risultato osservato su un paziente vivente.