Salute

Un chip per studiare le connessioni tra intestino e cervello

Un dispositivo che studia in laboratorio le interazioni tra intestino e cervello ha colto un collegamento inaspettato in alcune malattie neurodegenerative.

Di una possibile connessione tra cervello e intestino si parla spesso, ma se il legame tra ansia e disturbi del colon è per molti familiare, molto meno conosciute sono le possibili relazioni tra cervello e intestino in alcune malattie neurodegenerative o nei disturbi mentali.

Si pensa che l'asse intestino-cervello possa favorire la progressione della malattia di Parkinson, o contribuire alla genesi di alcune patologie del neurosviluppo, come l'autismo. Tutte queste interazioni sono però difficilmente riproducibili nei modelli animali e restano per ora puramente ipotetiche. Per questo, i ricercatori del MIT hanno provato a replicarle su chip.

Organi su chip: ecco il sistema che replica le interazioni tra cervello, fegato e colon. © Martin Trapecar, MIT

Premesse teoriche. Gli organi su chip sono modelli in miniatura degli organi del corpo umano, composti da una serie di colture cellulari connesse da microcanali per il trasporto di fluidi. Il team ne ha costruito uno per studiare gli scambi che mettono in relazione cervello, fegato e colon.

Studi passati dimostrano che gli acidi grassi a catena corta, molecole prodotte dai microbi dell'intestino, hanno un ruolo nell'accentuare alcune condizioni infiammatorie croniche dell'intestino (come la colite ulcerosa), ma possono anche dare beneficio ai tessuti e al sistema immunitario, e una volta che vengono captati dal fegato costituiscono circa il 10% dell'energia ottenuta dal cibo.

Un terzo componente. Gli scienziati del MIT hanno deciso di inserire in questo sistema anche le cellule cerebrali: passate ricerche sui topi hanno infatti evidenziato una connessione tra la produzione di acidi grassi a catena corta da parte dei batteri intestinali e una maggiore velocità di progressione del Parkinson nei topi. Usando un organo su chip, gli scienziati hanno studiato come i microbi intestinali che soggiornano nell'intestino influiscono sul tessuto cerebrale sano o su quello di pazienti con il Parkinson.

Le cellule cerebrali di pazienti con il Parkinson utilizzate nel modello recavano una mutazione che causa l'accumulo di alfa-sinucleina, una proteina che danneggia i neuroni e provoca infiammazione nei tessuti. Partendo da cellule pluripotenti indotte (cioè in grado di formare tutti i tipi di cellule) degli stessi pazienti, il team ha generato anche cellule cerebrali senza questa mutazione, geneticamente identiche ma sane. Quando hanno messo a confronto le due colture cellulari, gli scienziati si sono accorti che le cellule con Parkinson erano più infiammate e meno capaci di metabolizzare i grassi. E questo, ancora prima di collegarle agli altri organi su chip.

Una scoperta promettente. Le cellule cerebrali sane o con Parkinson sono state collegate a quelle di colon e fegato e, usando diversi canali, è stata simulata la circolazione di cellule immunitarie e nutrienti (inclusi gli acidi grassi a catena corta). Questi ultimi hanno aiutato le cellule cerebrali sane a maturare, ma quando hanno incontrato quelle con Parkinson non hanno dato benefici. Anzi, hanno promosso un non corretto ripiegamento proteico e la morte cellulare.

Questi effetti sono rimasti anche rimuovendo dal sistema le cellule immunitarie. Probabilmente, i danni riportate dalle cellule cerebrali con il Parkinson quando vengono collegate al "sistema-intestino" sono legati a cambiamenti del metabolismo dei grassi e non a meccanismi immunitari. Un indizio, questo, che andrà approfondito: il prossimo passo sarà aggiornare il modello in modo che includa anche micro-copie dei vasi sanguigni, per studiare come la circolazione influisce sugli scambi.

10 febbraio 2021 Elisabetta Intini
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