Può un neurone derivato da cellule staminali embrionali umane comportarsi come un qualunque altro neurone in vivo, ovvero ricevere segnali elettrici dalle altre cellule nervose con cui è in contatto, ma soprattutto inviarli a sua volta? Per la prima volta, grazie a uno studio che ha impiegato la tecnica dell’optogenetica, è stato possibile verificare la capacità dei neuroni trapiantati di integrarsi perfettamente nel cervello ricevente.
La speranza di riuscire a coltivare neuroni in grado di sostituire cellule nervose danneggiate o non più correttamente funzionanti a causa di traumi o malattie neurodegenerative è senz'altro una delle molle che spinge la ricerca nel campo delle cellule staminali embrionali. I neuroni sono infatti cellule altamente specializzate e che non hanno capacità propria di autorigenerarsi (se non in particolari casi e in specifiche zone del cervello) e le cellule staminali potrebbero essere una fonte di «produzione" preziosa anche di neuroni: le staminali embrionali sono cellule non ancora differenziate che sotto gli stimoli giusti possono dare vita a specifiche famiglie di cellule. Oltre le polemiche di ordine etico intorno a questo tipo di ricerche (le cellule vengono chiamate embrionali perché di fatto sono le cellule totipotenti che, potenzialmente, sarebbero in grado di dare vita a tutti i tessuti e gli organi di un embrione), i neuroni derivati da staminali embrionali umane devono ancora dimostrare la loro effettiva attività in vivo.
Segnali in entrata. Ma in uscita? Infatti, le difficoltà legate alla sperimentazione di neuroni coltivati in vitro e successivamente impiantati in vivo, cioà in cervelli di animali e cavie, sono sempre state diverse, ma uno dei nodi più difficili da sciogliere sicuramente coinvolge l'impossibilità di poter misurare la capacità dei neuroni trapiantati di insediarsi e interagire proficuamente con le cellule nervose dell'animale ricevente. Mentre se, fino ad ora, le ricerche che coinvolgevano neuroni derivati da colture di cellule staminali embrionali umane avevano già dimostrato che i neuroni erano in grado di comunicare in ricezione con l'intricato sistema nervoso all'interno di un cervello di cavia, mai con le tecniche a disposizione i ricercatori erano riusciti a captare i segnali in uscita. In uno studio pubblicato su PNAS, invece, scienziati capitanati da Jason Weick dell'Università di Madison nel Wisconsin (USA), hanno dimostrato che neuroni generati da cellule staminali embrionali umane possono sia inviare che ricevere impulsi nervosi anche dopo essere stati trapiantati in un cervello di topo. 
Una rappresentazione di una rete di neuroni, in cui ogni cellula nervosa entra in contatto e in comunicazione con le altre (Immagine: stock.xchng)
Una tecnica ingegnosa e ingegnerizzata (geneticamente) Come hanno fatto Jason Weick e colleghi a scoprire che i neuroni riuscivano davvero a integrarsi nella rete di neuroni esistenti e comunicare con loro? Mentre alcune tecniche riescono a vedere il funzionamento del cervello per aree, come la risonanza magnetica funzionale (di cui abbiamo riparlato recentemente in un articolo proprio in occasione del ventennale della sua messa a punto), la tecnica usata dai ricercatori del Wisconsin è stata l'optogenetica, una particolare metodica che combina alcune tecniche dell'ottica con quelle della genetica, premiata nel 2010 dalla rivista Nature Methods, come la metodica dell'anno. I neuroni usati per il trapianto nei cervelli di topi, erano stati infatti preventivamente ingegnerizzati in modo da esprimere sulla loro membrana cellulare un particolare tipo di canali ionici sensibili alla luce. La modulazione della luce da parte dei ricercatori permetteva quindi di aprire i canali ionici presenti nelle cellule neuronali umane impiantate nel cervello dei topi e far partire un potenziale di azione nelle cellule umane. Il potenziale d'azione portava quindi all'attivazione dei neuroni murini, dando quindi spiegazione della possibilità per i neuroni trapiantati di comunicare anche "in uscita". Per la prima volta, quindi, i ricercatori sono riusciti nell'intento di vedere, cellula per cellula, se i neuroni derivati da staminali embrionali umane e trapiantati erano in grado di agire come veri e propri neuroni nativi.
L'optogenetica è stata «premiata» come il più importante nuovo metodo scientifico dell'anno 2010 dalla rivista Nature Methods. In questo video si spiega come funziona l'optogenetica (Fonte: Nature Methods)
Per approfondire
Se ti interessa conoscere più da vicino le tecniche dello studio del cervello, puoi leggere questo articolo sui Vent'anni della Risonanza magnetica funzionale
Se ti interessa saperne di più sulle staminali embrionali umane in un altro ambito di ricerca, puoi leggere questo articolo su Staminali e retina in provetta