Gli scienziati dell’EPFL hanno compiuto un importante passo avanti nel campo delle lesioni del midollo spinale, mappando le dinamiche cellulari e molecolari della paralisi con un dettaglio senza precedenti grazie al progetto ad accesso libero "Tabulae Paralytica". Grégoire Courtine e il suo team hanno integrato tecnologie di mappatura cellulare e molecolare all’avanguardia con l’intelligenza artificiale per mappare i complessi processi molecolari che avvengono in ogni cellula dopo una lesione del midollo spinale (SCI). Pubblicato su Nature, questo lavoro fondamentale non solo identifica un insieme specifico di neuroni e geni che svolgono un ruolo importante nel recupero, ma propone anche un’efficace terapia genica derivata da queste scoperte.
Sapere perché i danni al midollo spinale sono praticamente impossibili da curare ci aiuta a comprendere meglio l’importanza di questa scoperta. Il midollo spinale umano è uno dei sistemi biologici più complessi che la scienza conosca. È un insieme meccanico, chimico ed elettrico di diversi tipi di cellule che lavorano in armonia per produrre e regolare una moltitudine di funzioni neurologiche, tra cui un’andatura naturale ed elegante. Questa complessità cellulare amplifica le sfide di un trattamento efficace della paralisi causata da una lesione del midollo spinale.
Con questo studio abbiamo voluto rivoluzionare la comprensione biologica delle lesioni del midollo spinale.
G régoire Courtine Finora, i metodi tradizionali di imaging e mappatura hanno offerto solo una visione generale dei meccanismi cellulari delle lesioni del midollo spinale. Tuttavia, questa mancanza di specificità offusca i ruoli e le risposte distinte dei diversi tipi di cellule e ha ostacolato lo sviluppo di trattamenti mirati, poiché le terapie non potevano essere regolate con precisione per affrontare dinamiche cellulari specifiche.
"Con questo studio abbiamo voluto rivoluzionare la comprensione biologica delle lesioni del midollo spinale", afferma Grégoire Courtine. "Fornendo una visione eccezionalmente dettagliata delle dinamiche cellulari e molecolari delle lesioni del midollo spinale nei topi nello spazio e nel tempo, i quattro atlanti cellulari che compongono Tabulae Paralytica colmano una storica lacuna nelle conoscenze, aprendo la strada a trattamenti mirati e a una migliore guarigione."
I nostri dati ribaltano questa idea e suggeriscono un ruolo protettivo essenziale per queste cellule, che può essere sfruttato per riparare i danni al midollo spinale.
M ark AndersonIl primo trattamento che emerge da questa nuova comprensione delle complesse dinamiche cellulari della paralisi è una terapia genica mirata. Sviluppata in collaborazione con Bernard Schneider, collega dell’Istituto Neuro-X dell’EPFL, questa terapia si basa su una scoperta cruciale: i ricercatori hanno scoperto che un tipo specifico di cellula di supporto, chiamata astrocita, perde la capacità di rispondere alle lesioni negli animali invecchiati.
"Per gran parte degli ultimi cento anni si è pensato che gli astrociti fossero dannosi per la riparazione neuronale. I nostri dati ribaltano questa idea e suggeriscono un ruolo protettivo essenziale per queste cellule, che può essere sfruttato per riparare i danni al midollo spinale", afferma Mark Anderson dell’EPFL, uno degli autori principali dello studio.
I neuroni Vsx2 sono di gran lunga la popolazione di neuroni più interessante per la riparazione delle lesioni nel midollo spinale.
J ordan Squair Un altro risultato importante è l’identificazione di un sottogruppo specifico di neuroni, chiamati Vsx2, che sono naturalmente equipaggiati per promuovere la guarigione.
"I nostri studi precedenti ci avevano indirizzato in questa direzione, ma con questa nuova comprensione più dettagliata, possiamo ora affermare con certezza che i neuroni Vsx2 sono in gran parte responsabili della riorganizzazione dei circuiti neurali, il che significa che sono di gran lunga la popolazione di neuroni più interessante per la riparazione delle lesioni del midollo spinale", afferma Jordan Squair, altro autore principale dello studio dell’EPFL.
Per creare la prima mappa cellulare completa delle lesioni del midollo spinale nei modelli di roditori, gli scienziati hanno utilizzato due tecnologie innovative. La prima, il sequenziamento di una singola cellula, consente di esaminare la composizione genetica di ciascuna cellula. Sebbene sia in uso da oltre un decennio, i recenti progressi hanno permesso agli scienziati di intensificare il processo come mai prima d’ora, generando resoconti dettagliati di milioni di cellule del midollo spinale.
Poi, la trascrittomica spaziale, una tecnologia all’avanguardia che ci dice dove avvengono queste attività cellulari, ci ha permesso di estendere la mappa all’intero midollo spinale, preservando il contesto spaziale e le relazioni tra i diversi tipi di cellule.
Affidarsi all’intelligenza artificiale
I nuovi dati sono così ricchi che è stato necessario sviluppare nuove tecniche di apprendimento automatico per sfruttarne la complessità. Questo approccio computerizzato si basa sull’intelligenza artificiale non solo per mappare le risposte genetiche immediate delle singole cellule, ma anche per collocare queste risposte nel paesaggio fisico e temporale del midollo spinale."Ora disponiamo di una mappa dettagliata che ci mostra non solo quali cellule sono coinvolte, ma anche come interagiscono ed evolvono durante il processo di lesione e guarigione", spiega Jordan Squair. "Questa comprensione completa è cruciale per lo sviluppo di trattamenti che si adattano con precisione a cellule specifiche e a requisiti unici per la guarigione di varie lesioni, aprendo la strada a terapie più efficaci e personalizzate".
Le "Tabulae Paralytica" rappresentano un importante passo avanti nella ricerca sulla MEL. Uniscono le conoscenze scientifiche all’innovazione tecnologica per aprire nuovi orizzonti nella comprensione e nel trattamento della MEL. Sebbene questo studio sia stato condotto su modelli di roditori, le conoscenze acquisite dovrebbero tradursi in applicazioni cliniche, dove Grégoire Courtine e il suo team stanno facendo progressi significativi da oltre un decennio.
