Il flusso sanguigno cerebrale è regolato dall'attività dei neuroni. Quandoi neuroni di un'area cerebrale sono attivati selettivamente, ad esempio i neuroni della corteccia uditiva durante l'ascolto di un concerto, il flusso sanguigno in quella specifica area aumenta per assicurare un adeguato rifornimento di metaboliti energetici ai neuroni in attività. E' un processo rapido e spazialmente circostritto, avviene cioe' solo nelle aree cerebrali attivate. Il fenomeno dell'iperemia funzionale, l'accoppiamento cioè tra attività neuronale e flusso sanguigno, fu scoperto alla fine del'800 da Angelo Mosso e Charles Sherrington. Oltre ad essere un fenomeno fondamentale per il funzionamento del cervello, l'iperemia funzionale è alla base delle moderne tecniche di immagine del cervello, quali la positron emission tomography (PET) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI), oggi ampiamente usate a livello sperimentale e clinico. Con queste tecniche e' infatti possibile caratterizzare la funzione specifica delle diverse aree del cervello, come pure evidenziarne i malfunzionamenti in ambito neuropatologico. Pur essendo stato oggetto della ricerca biomedica degli ultimi dieci anni, il meccanismo cellulare alla base di questo fenomeno era tuttavia ben poco caratterizzato.
Nel nostro lavoro dimostriamo che l'attivazione degli astrociti, la principale popolazione di cellule gliali del cervello, è fondamentale nell'accoppiamento tra attività neuronale e flusso sanguigno. Gli astrociti svolgono infatti un ruolo di ponte trasmettendo alle arteriole informazioni dettagliate sui livelli dell'attività sinaptica. In fettine di corteccia cerebrale di ratto episodi di alta attività sinaptica - indotti dalla stimolazione delle vie afferenti - si traducono nelle zone attivate in una dilatazione della arteriole cerebrali. Il neurotrasmettitore glutammato, rilasciato dalle terminali sinaptici attiva i recettori metabotropici (mGluR1 e mGluR5) negli astrociti determinando aumenti oscillatori del calcio intracellulare che si diffondono intracellularmente fino a raggiungere i processi in contatto con le arteriole. Se questi aumenti del calcio vengono bloccati con inibitori specifici dei recettori mGluR1 e mGluR5, la dilatazione delle arteriole è fortemente ridotta. Il ruolo degli astrociti è confermato dall'osservazione che la loro stimolazione diretta con una pipetta da patch, causa la dilatazione delle arteriole vicine, probabilmente attraverso il rilascio calcio-dipendente di della prostaglandina E2 (un potente vasodilatore). In collaborazione con il Prof. Hossmann del Max Plank Institute di Colonia, abbiamo poi confermato questi risultati in ratti adulti in vivo verificando il ruolo cruciale dell'attivazione degli astrociti nella risposta iperemica della corteccia somatosensoriale.
Il ruolo centrale degli astrociti nell'iperemia funzionale è un aspetto nuovo e importante per una corretta intepretazione delle informazioni ottenute attraverso le tecniche di fMRI. E' inoltre rilevante per una migliore comprensione delle patologie neurodegenerative del sistema nervoso centrale, quali Alzheimer e Parkinson, che mostrano spesso una compromissione delle arteriole cerebrali. Gli astrociti diventano dunque un potenziale bersaglio sia per una migliore comprensione dei meccanismi cellulari alla base di queste patologie che per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici.
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