In Aleph, da oltre trent’anni, realizziamo laboratori nei quali le ricercatrici e i ricercatori amino lavorare per rendere il mondo un posto migliore. E quello che vi raccontiamo oggi è un progetto davvero speciale!
«Il legame tra piastrine, serotonina, memoria e paura è stato definito proprio dal nostro studio: abbiamo dimostrato che la riduzione del numero di piastrine in un modello animale con diversi approcci sperimentali, tra cui quello farmacologico, vada a modificare la risposta dei topi ad uno stimolo per loro sgradevole.
In particolare nella nostra ricerca abbiamo dimostrato come i topi, in cui abbiamo ridotto artificialmente il numero di piastrine circolanti, siano più capaci di ricordare un precedente stimolo dolorifico.»
Cristina Limatola, professoressa e ricercatrice del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia della Sapienza di Roma, è coordinatrice di un nuovo studio pubblicato sulla rivista specializzata Cell Reports.
La ricerca, condotta in laboratorio sui roditori, ha dimostrato come le piastrine, frammenti di cellule presenti nel sangue con il noto ruolo di coagulazione ed emostasi, abbiano in realtà anche un altro importante ruolo nel definire il nostro comportamento, in particolare nelle modulazioni neurologiche.
Dallo studio è infatti emerso come le piastrine contengano la maggior parte della serotonina, neurotrasmettitore noto come regolatore dell’umore, del sonno e della memorizzazione.
Le piastrine sono frammenti cellulari derivanti dai megacariociti, ossia cellule molto grandi che si trovano nel midollo osseo. Esse svolgono un ruolo molto importante nell’emostasi, cioè nel processo che blocca la fuoriuscita di sangue dai vasi danneggiati.
Una loro attivazione incontrollata può portare alla formazione di trombi con l'occlusione inopportuna o con la riduzione del calibro di alcuni vasi e la conseguente riduzione dell’apporto di ossigeno e nutrienti a regioni specifiche del corpo ci spiega la dottoressa Limatola.
«Le piastrine sono particolarmente interessanti perché svolgono tante altre funzioni grazie alle numerose molecole segnale contenute nei diversi granuli intracellulari e all’interno delle vescicole extracellulari che rilasciano in gran numero.»
La professoressa ci spiega l’esistenza di un legame molto particolare, ossia quello esistente tra le piastrine e la serotonina, un neurotrasmettitore sintetizzato nei nuclei del rafe con l’importante compito di neuroregolatore.
La serotonina, contrariamente alle credenze comuni, viene prodotta per la maggior parte all’interno del nostro sistema gastro-intestinale, dove le piastrine accumulano serotonina rilasciandola poi dinanzi ad un danno tissutale.
«La serotonina è un neurotrasmettitore molto importante nel nostro sistema nervoso centrale e viene sintetizzata nei nuclei del tronco encefalico chiamati nuclei del rafe che hanno connessioni con tutto il sistema centrale fino al midollo spinale.
Il sistema dopaminergico è coinvolto in diverse funzioni molto importanti come la regolazione del tono dell’umore, nelle emozioni, nella sessualità, ma anche nelle funzioni cognitive, nella regolazione del sonno e del comportamento alimentare.
La regione che produce la maggior parte di serotonina nel nostro corpo che rappresenta più del 90% del totale non è il sistema nervoso centrale bensì il sistema gastrointestinale, in particolare attraverso le cellule enterocromaffini che si trovano nell’intestino e nello stomaco.
In questa regione la funzione della serotonina è quella di regolare la motilità e le secrezioni gastrointestinali. È proprio in questa zona che le piastrine si caricano di serotonina grazie alla presenza sulla propria superficie di specifici trasportatori che l’accumulano all’interno dei cosiddetti granuli delta e la rilasciano quando vengono attivate da un danno tissutale contribuendo alla vasocostrizione e alla formazione di coaguli per bloccare la perdita di sangue.»
Quando le chiediamo da dove nasca l’idea di questo studio, la ricercatrice ci spiega che tutto sia nato dal chiedersi quale potesse essere il ruolo delle cellule immunitarie al di là delle situazioni patologiche:
«L’idea dello studio nasce dalla constatazione che un numero crescente di evidenze sperimentali hanno dimostrato recentemente come il ruolo del sistema immunitario nella modulazione della risposta neuronale non si limita a condizioni patologiche.
Conosciamo gli effetti di sindromi febbrili oppure di condizioni infiammatorie sul nostro sistema nervoso e sappiamo che in queste condizioni patologiche si verificano una riduzione della reattività generale: tendiamo infatti ad essere più propensi al riposo, al sonno e all’isolamento sociale.
Questo ha sicuramente un importante valore evolutivo poichè l’isolamento evita la diffusione dei patogeni, il riposo aiuta l’organismo a utilizzare le energie per combattere l’agente patogeno e a farci recuperare più in fretta.
Le recenti descrizioni di come il sistema nervoso centrale non possa più essere considerato una zona immuno competente (insieme alla descrizione della presenza di una vera e propria immunità a livello delle meningi che comprende la presenza stabile di cellule del sistema immunitario in prossimità del cervello), ci ha fatto chiedere quale potesse essere il ruolo che queste cellule esercitano nella normale fisiologia del sistema nervoso centrale.»
L'animale scelto per la ricerca è stato il roditore, in particolare il topo, in quanto presenta forti similitudini a livello neuronale con l’essere umano,, anche se il livello di complessità, soprattutto per le funzioni superiori, presenta differenze molto importanti.
«I roditori, in particolare topi e ratti, sono gli animali più utilizzati negli studi preclinici e consentono una comparazione dei risultati tra diversi laboratori: questi animali hanno omologie elevatissime con l’uomo a livello del genoma.»
La prima fase della ricerca si è incentrata sulla rimozione, nel topo, delle cellule immunitarie Natural Killer (cellule appartenenti alla famiglia dei globuli bianchi, responsabili della risposta immunitaria innata), osservando una conseguente riduzione dei livelli di serotonina nelle piastrine.
«La ricerca è iniziata con esperimenti in cui eravamo interessati a studiare cosa poteva succedere al topo in termini di comportamento quando si toglieva una specifica popolazione di cellule immunitarie, le cosiddette Natural Killer. Uno degli effetti osservati è stato che la rimozione di queste cellule induceva una serie di variazioni nella quantità di neurotrasmettitori in diverse regioni del cervello e tra le variazioni osservate abbiamo visto una importante riduzione dei livelli di serotonina a livello ippocampale.
Cercando di capire quali fossero i meccanismi responsabili abbiamo verificato prima l’ipotesi che la rimozione delle cellule Natural Killer andasse a modulare il funzionamento delle principali cellule che producono la serotonina nel sistema nervoso centrale, ma, esaminando i livelli di espressione del cFOS, un gene associato all’attività neuronale, non abbiamo trovato differenze.
Cercando altri produttori importanti di serotonina abbiamo studiato le piastrine e abbiamo osservato che la rimozione delle cellule Natural Killer induce anche una riduzione dei livelli del trasportatore di serotonina nelle piastrine e da qui siamo andati avanti con approcci mirati per studiare il comportamento delle piastrine stesse», spiega nel dettaglio la professoressa Limatola.
Cosa sono esattamente le cellule Natural Killer?
Le cellule Natural Killer sono cellule dell’immunità innata coinvolte nell’eliminazione di patogeni e cellule infettate e trasformate. I topi sono stati trattati farmacologicamente con un anticorpo che riconosce un antigene specifico, l’NK 1.1. Quest’ultimo viene espresso sia dalle cellule Natural Killer che anche da altre due popolazioni immunitarie: l’NKT e le cellule linfoidi innate.
«Per dimostrare il coinvolgimento delle cellule Natural Killer abbiamo utilizzato un modello animale immunodeficiente che non esprime le cellule Natural Killer e abbiamo osservato lo stesso fenotipo nei topi.
Nell’uomo le NK possono essere alterate sia in condizioni patologiche che fisiologiche: è stato dimostrato che l’attività fisica modula la produzione di alcune citochine che sono coinvolte nella proliferazione delle cellule Natural Killer come l'interleuchina 15.»
Tutto questo cosa c’entra con la capacità di memorizzare?
Il comportamento umano e animale si modula in base alle esperienze pregresse, imparando a riconoscere e ricordare situazioni e stimoli pericolosi: questo è un punto fondamentale per la sopravvivenza e per l’evoluzione delle specie.
La regione del sistema nervoso centrale dedita alla memorizzazione è proprio l’ippocampo, sia nel topo che nell’uomo. «La memorizzazione si può basare su fenomeni associativi di diverso tipo e questa associazione rinforza la capacità di ricordare eventi sia avversi che piacevoli.
La capacità di ricordare si basa su strutture molto simili dal punto di vista anatomo fisiologico sia nel topo che nell’uomo e in tutti e due i casi una regione molto importante è l’ippocampo. L’ippocampo è una regione del snc fondamentale per acquisire nuove conoscenze, come dimostrato ormai da un gran numero di esperimenti su animali ma anche da diversi casi clinici, nei quali i pazienti, a seguito della distruzione bilaterale dell’ippocampo, non riescono più a memorizzare un nuovo concetto e una nuova esperienza», spiega nello specifico la ricercatrice.
Sulla rivista Cell Reports lo studio è corredato da un’immagine rappresentante i risultati principali della ricerca sotto forma grafica.
In basso a destra vediamo le cellule Natural Killer che rilasciano citochine (tra queste l'interleuchina 13 o IL-13) le quali stimolano il processo di assorbimento di serotonina da parte delle piastrine in transito.
In alto a destra vediamo invece il processo che dovrebbe portare alla liberazione di serotonina nel cervello: le piastrine liberano microvescicole cellulari.
«Il nostro studio propone quindi che, in condizioni fisiologiche, questa serotonina eserciti un’azione omeostatica su una specifica popolazione di neuroni inibitori (detti dopaminergici) che modulano altri neuroni ippocampali coinvolti nei fenomeni di plasticità e memorizzazione.
L’assenza di piastrine e vescicole contenenti serotonina elimina questa azione omeostatica, i neuroni sono inibiti e la loro azione di riduzione della plasticità ippocampale viene persa.»
Riguardo le attuali applicazioni pratiche dello studio e se possa essere utilizzato in campo psichiatrico per il trattamento di malattie quali Alzheimer, demenza, depressioni, psicosi, ecc., la ricercatrice ci spiega che è ancora troppo presto per pensare ad implicazioni dirette per patologie psichiatriche umane.
Lo studio andrà sicuramente approfondito e arricchito anche di altri test comportamentali oltre che molecolari. Invece uno dei risultati di questo studio è che il clopidogrel, farmaco antiaggregante utilizzato nell’uomo per la sua azione antipiastrinica in soggetti con patologie cardiocircolatorie, determina nel topo una variazione comportamentale che ricorda quella indotta dalla rimozione delle cellule Natural Killer e dalla rimozione delle piastrine.
«Il trattamento con il clopidogrel va ad aumentare gli effetti sulla memoria di un evento avverso e, essendo stato osservato che spesso pazienti trattati con il clopidogrel soffrono di sindromi depressive, questo potrebbe dipendere almeno in parte da una ridotta capacità di trasportare serotonina al cervello attraverso le vescicole rilasciate dalle piastrine. Tale ipotesi è anche in parte supportata dal fatto che questi pazienti traggono giovamento dal trattamento simultaneo con farmaci inibitori specifici del reuptake della serotonina», spiega la ricercatrice.
L’ipotesi finale del suo studio, sulla base dei risultati ottenuti, è che la serotonina rilasciata dalle piastrine giochi un ruolo molto importante nei meccanismi legati alla memorizzazione poiché da un lato la rimozione di piastrine riduce i livelli di serotonina nell’ippocampo lasciando il tasso di attività dei neuroni serotoninergici e del nucleo del rafe invariato, dall’altro la somministrazione di un precursore della serotonina che riporta i suoi livelli ai valori di partenza nel sistema nervoso centrale ripristina una risposta normale allo stimolo dolorifico.
Quando le chiediamo come si spiega la nostra capacità di memorizzare la professoressa Limatola risponde: «La rimozione delle piastrine riduce l’attivazione di un gruppo particolare di neuroni inibitori e determina un aumento di un fenomeno di plasticità sinaptica a lungo termine noto come LTP (potenziamento a lungo termine) dell’ippocampo e questo è uno dei meccanismi di segnalazione, uno dei correlati neuronali più accreditati per spiegare la nostra capacità di memorizzare».