Un insieme specifico di cellule nervose controlla la diffusione delle crisi epilettiche nel cervello

Al contrario, l'inattivazione di queste cellule, note ai neuroscienziati come cellule muschiose, facilita la diffusione in tutto il cervello dell'iperattività elettrica inizialmente localizzata all'inizio di un attacco, causando i sintomi comportamentali in piena regola dell'epilessia del lobo temporale.

L'inattivazione di questa popolazione di cellule nervose induce anche le stesse perdite cognitive che caratterizzano l'epilessia del lobo temporale cronico e resistente ai farmaci nell'uomo, hanno scoperto gli scienziati.

L'epilessia colpisce 65 milioni di persone in tutto il mondo, con 150.000 nuovi casi diagnosticati ogni anno solo negli Stati Uniti. Tre su cinque delle persone colpite soffrono di epilessia del lobo temporale. La perdita progressiva di cellule muschiose è un segno distintivo di questo disturbo.

È noto che le cellule muschiose si danneggiano facilmente a causa del trauma cranico e della riduzione dell'apporto di sangue. Tali lesioni cerebrali, a loro volta, aumentano il rischio di epilessia del lobo temporale.

Il ruolo delle cellule muschiose nell'epilessia ha lasciato perplessi i neuroscienziati per un paio di decenni. Il nuovo studio di Stanford, che sarà pubblicato il 16 febbraio su Science , offre una spiegazione. E indica un punto di ingresso completamente nuovo per lo sviluppo di farmaci che potrebbero portare sollievo terapeutico alle persone con epilessia cronica resistente ai farmaci, una condizione debilitante che non solo circoscrive gli stili di vita e le opzioni professionali dei pazienti, ma li predispone alla depressione, all'ansia e alla morte prematura .

"Dovrebbe, in linea di principio, essere possibile sviluppare terapie mirate dirette alle cellule muschiose per controllare sia le convulsioni che i conseguenti deficit cognitivi", ha affermato Ivan Soltesz, PhD, professore e vicepresidente di neurochirurgia e autore senior dello studio. "Sarebbe fantastico, perché i 20 o più composti ora approvati per il trattamento dei pazienti falliscono dal 30 al 40 percento delle volte."

L'autore principale dello studio è l'ex studente laureato di Soltesz, Anh Bui, PhD, ora studente di medicina all'Università della California-Irvine.

Una tempesta elettrica nel cervello

Le crisi epilettiche sono talvolta descritte come una tempesta elettrica nel cervello. Queste tempeste in genere iniziano in un singolo punto del cervello, chiamato focus, in cui le cellule nervose - per motivi che rimangono poco chiari - iniziano ripetutamente a sparare in sincronia. Troppo spesso si diffondono dal focus ad aree diffuse in tutto il cervello, un processo chiamato generalizzazione. È questa iperattività cerebrale che causa i classici sintomi comportamentali delle convulsioni epilettiche, come perdita di coscienza, convulsioni e pensiero disordinato.

La posizione esatta del focus epilettico nel cervello varia da individuo a individuo. Nella grande maggioranza dei pazienti con epilessia del lobo temporale, l'attenzione si concentra sull'ippocampo, una struttura del mesencefalo a forma di cavalluccio marino molto studiata che è cruciale per la navigazione spaziale e per codificare nuove esperienze nella memoria a lungo termine.

Le cellule muschiose, che si trovano esclusivamente in una sezione dell'ippocampo, sono poche in numero, ma ognuna si collega con decine di migliaia di altre cellule nervose dell'ippocampo. Tramite queste connessioni, le cellule muschiose possono stimolare una moltitudine di cellule nervose ippocampali eccitatorie, la cui produzione si estende ad altre sezioni dell'ippocampo. Ma possono anche stimolare una classe opposta di cellule che inibiscono queste cellule eccitatorie. Se l'effetto netto dell'attività delle cellule muschiose sia di promuovere o contrastare la produzione complessiva delle cellule nervose eccitatorie è stato fino ad ora una questione aperta.

Per rispondere alla domanda, Soltesz, che detiene la cattedra di Neurochirurgia e Neuroscienze di James R. Doty, e i suoi colleghi si sono rivolti a un modello murino di epilessia del lobo temporale.

I topi utilizzati dagli investigatori di Stanford sono stati sottoposti a bioingegneria in modo che le loro cellule muschiose rispondessero a impulsi di luce, convogliati a tali cellule tramite una fibra ottica impiantata. La luce blu causava il fuoco di cellule muschiose, mentre la luce ambrata le faceva resistere al fuoco. Quindi, premendo un interruttore laser, gli scienziati hanno potuto attivare o inibire le cellule muschiose dei topi a piacimento. (Questa tecnica sperimentale sempre più diffusa, chiamata optogenetica, è degna di nota per la sua capacità di colpire insiemi specifici di cellule nervose al fine di rivelare la loro funzione.) Gli scienziati hanno anche registrato attività nella regione dell'ippocampo dove risiedono le cellule muschiose.

Effetti delle cellule muschiose inibenti ed eccitanti

Soltesz, Bui e i loro colleghi hanno dimostrato che l'inibizione delle cellule muschiose, pur non aumentando la frequenza di episodi spontanei di iperattività nel focus dei topi cronicamente epilettici, ha portato ad un sostanziale aumento del numero di convulsioni che si diffondono dal focus ad aree più estese del cervello. Al contrario, l'eccitazione delle cellule muschiose in questi topi ha diminuito il numero di convulsioni generalizzate e visibili esternamente senza avere alcun effetto, o semplicemente una minore, sulla frequenza delle convulsioni puramente focali.

In un test di memoria che misura il riconoscimento di un topo di oggetti sconosciuti, i topi epilettici, nonostante abbiano perso più della metà delle loro cellule muschiose, hanno funzionato bene. Ma hanno fallito un altro test che valuta la loro capacità di notare quando un oggetto familiare è stato spostato: un indicatore della memoria spaziale, che subisce un declino dell'epilessia del lobo temporale cronico. Quando gli scienziati di Stanford hanno anche sottoposto a questi test topi ingegnerizzati optogeneticamente ma altrimenti normali, hanno fatto un ottimo lavoro - fino a quando i ricercatori hanno inibito le loro cellule muschiose, a quel punto anche il richiamo spaziale di questi animali si è diretto a sud.

"Abbiamo dimostrato che il ruolo delle cellule muschiose è protettivo nel prevenire la diffusione in altre regioni del cervello di convulsioni che hanno origine nell'ippocampo, il sito focale dominante per le convulsioni associate all'epilessia del lobo temporale", ha affermato Soltesz. "I farmaci che colpiscono le cellule muschiose in pazienti con casi cronici resistenti ai farmaci potrebbero un giorno essere in grado di ridurre l'incidenza di convulsioni convulsive abbastanza da restituire ai pazienti alcuni dei loro stili di vita persi".

Tali interventi potrebbero servire come alternativa alle complesse procedure chirurgiche ora impiegate per eliminare l'accento sul sequestro dal cervello dei pazienti, ha detto Soltesz.