Epilessia: funzione delle "brake cells" interrotta
In alcune forme di epilessia, si presume che la funzione di alcune "brake cells" nel cervello sia interrotta. Questo può essere uno dei motivi per cui il malfunzionamento elettrico è in grado di diffondersi dal punto di origine attraverso ampie parti del cervello. Un recente studio dell'università di Bonn, a cui hanno partecipato anche ricercatori di Lisbona, punta in questa direzione. I risultati saranno pubblicati a breve sul Journal of Neuroscience.
Per il loro studio, i ricercatori hanno studiato i ratti affetti da epilessia del lobo temporale. Questa è la forma più comune della malattia nell'uomo. Sfortunatamente, risponde a malapena ai farmaci attualmente disponibili. "Ciò rende ancora più importante determinare esattamente come si presenta", sottolinea la dott.ssa Leonie Pothmann, che ha completato il suo dottorato in materia presso l'Istituto di epilettologia sperimentale dell'Università di Bonn.
I dati che sono stati appena pubblicati possono aiutare gli scienziati in questo sforzo, perché indicano che un certo tipo di cellula non funziona correttamente nei pazienti. Le cellule interessate sono una classe di cosiddetti interneuroni inibitori, che sono cellule che possono attenuare l'eccitazione delle aree cerebrali. "Abbiamo studiato gli interneuroni nell'ippocampo, un'area del lobo temporale nota come il focus delle crisi epilettiche", spiega Pothmann.
Le cellule piramidali svolgono un ruolo importante nella trasmissione dell'eccitazione nell'ippocampo. Generano impulsi di tensione in risposta a uno stimolo elettrico. Questi stimolano, tra l'altro, gli interneuroni, che a loro volta inibiscono le cellule piramidali. Questo circuito di retroazione funziona come una specie di freno: impedisce agli impulsi di tensione di propagarsi senza ostacoli. Un attacco epilettico verrebbe quindi stroncato sul nascere prima che sia in grado di diffondersi ad altre parti del cervello.
Simulazione del freno nel computer
"Nei ratti, tuttavia, questo freno non ha funzionato bene rispetto agli animali sani", afferma il collega di Pothmann, il dott. Oliver Braganza. "Le nostre misurazioni mostrano che l'inibizione rapida e robusta che si verifica negli animali sani è notevolmente ridotta negli animali malati".
Per scoprire perché ciò potrebbe accadere e quali potrebbero essere gli effetti, gli scienziati hanno simulato l'interazione tra cellula piramidale e interneurone sul computer. Hanno cambiato alcune proprietà interneurone virtuale fino a quando il suo comportamento nella simulazione era esattamente lo stesso degli animali malati.
I risultati forniscono informazioni su due possibili disturbi: gli interneuroni sembrano rilasciare solo una piccola parte delle molecole di segnale (neurotrasmettitori) immagazzinate all'interno delle loro cellule in risposta a uno stimolo. Inoltre, le loro membrane non funzionano correttamente: non sono in grado di mantenere molto bene un gradiente di tensione, quasi come se avessero un leggero corto circuito. Entrambi i fattori contribuiscono all'attivazione degli interneuroni solo relativamente debolmente. Nella simulazione al computer, questa interazione con le cellule piramidali ha comportato la trasmissione senza ostacoli del tipo di attività che si verifica nelle convulsioni epilettiche.
"Ora dobbiamo approfondire ulteriormente questi risultati", spiega il prof. Dr. Heinz Beck, capo dell'Istituto di epilettologia sperimentale e membro associato del Centro tedesco per le malattie neurodegenerative. "Innanzitutto dobbiamo scoprire se le due interruzioni sono effettivamente responsabili del malfunzionamento degli interneuroni. In tal caso, ciò potrebbe aprire la strada a nuovi approcci terapeutici a lungo termine." Tuttavia, i risultati sono ancora pura ricerca di base, sottolinea. "Non è affatto chiaro se andranno a beneficio dei pazienti - e se lo faranno, ci vorranno sicuramente molti più anni".
Per il loro studio, i ricercatori hanno studiato i ratti affetti da epilessia del lobo temporale. Questa è la forma più comune della malattia nell'uomo. Sfortunatamente, risponde a malapena ai farmaci attualmente disponibili. "Ciò rende ancora più importante determinare esattamente come si presenta", sottolinea la dott.ssa Leonie Pothmann, che ha completato il suo dottorato in materia presso l'Istituto di epilettologia sperimentale dell'Università di Bonn.
I dati che sono stati appena pubblicati possono aiutare gli scienziati in questo sforzo, perché indicano che un certo tipo di cellula non funziona correttamente nei pazienti. Le cellule interessate sono una classe di cosiddetti interneuroni inibitori, che sono cellule che possono attenuare l'eccitazione delle aree cerebrali. "Abbiamo studiato gli interneuroni nell'ippocampo, un'area del lobo temporale nota come il focus delle crisi epilettiche", spiega Pothmann.
Le cellule piramidali svolgono un ruolo importante nella trasmissione dell'eccitazione nell'ippocampo. Generano impulsi di tensione in risposta a uno stimolo elettrico. Questi stimolano, tra l'altro, gli interneuroni, che a loro volta inibiscono le cellule piramidali. Questo circuito di retroazione funziona come una specie di freno: impedisce agli impulsi di tensione di propagarsi senza ostacoli. Un attacco epilettico verrebbe quindi stroncato sul nascere prima che sia in grado di diffondersi ad altre parti del cervello.
Simulazione del freno nel computer
"Nei ratti, tuttavia, questo freno non ha funzionato bene rispetto agli animali sani", afferma il collega di Pothmann, il dott. Oliver Braganza. "Le nostre misurazioni mostrano che l'inibizione rapida e robusta che si verifica negli animali sani è notevolmente ridotta negli animali malati".
Per scoprire perché ciò potrebbe accadere e quali potrebbero essere gli effetti, gli scienziati hanno simulato l'interazione tra cellula piramidale e interneurone sul computer. Hanno cambiato alcune proprietà interneurone virtuale fino a quando il suo comportamento nella simulazione era esattamente lo stesso degli animali malati.
I risultati forniscono informazioni su due possibili disturbi: gli interneuroni sembrano rilasciare solo una piccola parte delle molecole di segnale (neurotrasmettitori) immagazzinate all'interno delle loro cellule in risposta a uno stimolo. Inoltre, le loro membrane non funzionano correttamente: non sono in grado di mantenere molto bene un gradiente di tensione, quasi come se avessero un leggero corto circuito. Entrambi i fattori contribuiscono all'attivazione degli interneuroni solo relativamente debolmente. Nella simulazione al computer, questa interazione con le cellule piramidali ha comportato la trasmissione senza ostacoli del tipo di attività che si verifica nelle convulsioni epilettiche.
"Ora dobbiamo approfondire ulteriormente questi risultati", spiega il prof. Dr. Heinz Beck, capo dell'Istituto di epilettologia sperimentale e membro associato del Centro tedesco per le malattie neurodegenerative. "Innanzitutto dobbiamo scoprire se le due interruzioni sono effettivamente responsabili del malfunzionamento degli interneuroni. In tal caso, ciò potrebbe aprire la strada a nuovi approcci terapeutici a lungo termine." Tuttavia, i risultati sono ancora pura ricerca di base, sottolinea. "Non è affatto chiaro se andranno a beneficio dei pazienti - e se lo faranno, ci vorranno sicuramente molti più anni".