Un vertebrato primitivo e le Neuroscienze

Separata dagli altri vertebrati da milioni di anni di evoluzione, la lampreda mantiene con loro somiglianze significative, tanto che il suo sistema nervoso è oggetto di studio per comprendere meccanismi importanti come quello del ritmo respiratorio.
Foto - Diritto d'autore: lakephotography / 123RF Archivio Fotografico
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Le scoperte scientifiche che hanno una ricaduta sulla nostra salute partono da molto lontano, anche da ricerche di base che approfondendo la conoscenza della fisiologia di organismi apparentemente assai diversi dall’essere umano, aggiungono elementi preziosi per la comprensione del funzionamento del nostro organismo.

Ne sono un esempio gli studi sul sistema nervoso della lampreda, che ha separato la sua linea evolutiva da quella dei vertebrati circa 560 milioni di anni fa ma che ha un’organizzazione funzionale simile alla nostra, tanto da poter essere un modello per lo studio in vari settori, fra i quali quello della respirazione.

A Firenze da circa 20 anni un team di ricercatori dell’attuale Dipartimento di Medicina sperimentale e clinica (sezione Scienze Fisiologiche) , nato su impulso di Fulvia Bongianni, studia il sistema nervoso delle lamprede, tanto da essere un punto di riferimento internazionale in un settore di nicchia che può dare indicazioni per l’approccio preclinico di alcune patologie del sistema respiratorio.

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Elenia Cinelli (a sinistra) dottore di ricerca in Scienze Fisiologiche e Nutrizionali, è assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Medicina Sperimentale e Clinica. Ludovica Iovino (a destra) è dottorando di ricerca in Scienze Fisiologiche e Nutrizionali. Al centro Donatella Mutolo

Il gruppo di ricerca Unifi (Elenia Cinelli, Ludovica Iovino, Fulvia Bongianni, Tito Pantaleo, Donatella Mutolo) ha condotto uno studio, sotto il coordinamento di Donatella Mutolo, che ha permesso di individuare il ruolo di un gruppo di cellule neuronali della lampreda nella generazione del ritmo respiratorio. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica The Journal of Physiology (“ATP and astrocytes play a prominent role in the control of the respiratory pattern generator in the lamprey.” DOI: doi: 10.1113/JP274749). Ai risultati, per l’interesse suscitato, è stato dedicato,  su invito dell’Editore della stessa rivista, un articolo di approfondimento (Funk, G. D. “Phylogenetically-persistent purinergic modulation of central pattern generators for breathing in lamprey and mammals” doi:10.1113/JP274908).

“La lampreda è dotata di una rete neuronale semplice – spiega Mutolo – e quindi più facile da analizzare. In particolare, questo modello si è rivelato utile per studiare le caratteristiche di base dei cosiddetti ‘generatori centrali di ritmo’ (central pattern generators, CPGs), reti neuronali responsabili di attività come la respirazione o la locomozione”.

I ricercatori hanno dimostrato che la molecola che immagazzina l’energia ottenuta dalla respirazione cellulare, l’ATP, modula il ritmo respiratorio della lampreda e che gli astrociti, un gruppo di cellule del sistema nervoso, contribuiscono fortemente al mantenimento  del ritmo della respirazione e alla modulazione delle risposte respiratorie provocate dall’ATP.

I ricercatori hanno anche dimostrato che le variazioni ambientali del pH sono in grado di modificare la frequenza respiratoria e che anche in questo caso gli astrociti giocano un ruolo chiave, fornendo un supporto metabolico essenziale (la glutammina) ai neuroni che generano il ritmo della respirazione.

“L’interesse dello studio – commenta Mutolo – è dato soprattutto dal fatto che il contributo dell’ATP e degli astrociti alla modulazione o al mantenimento delle attività neuronali ritmiche rimane invariato nell’evoluzione dei vertebrati. Il fatto che tra lampreda e l’essere umano vi siano gli stessi meccanismi di base della respirazione – conclude la ricercatrice – permette di far progredire la conoscenza delle interazioni tra astrociti e neuroni nel controllo della respirazione. Infatti, la comprensione dei circuiti nervosi alla luce dell’evoluzione è da sempre uno degli scopi centrali delle Neuroscienze”.


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