I ricercatori hanno identificato segnali neurali che controllano il movimento del diaframma nei topi da laboratorio, una scoperta che potrebbe aiutare a ripristinare la capacità di respirare in persone con lesioni del midollo spinale.
La capacità di respirare è controllata dalla regione medullare del cervello. Lesioni al midollo spinale possono interrompere la connessione tra cervello e nervi, influenzando la capacità di respirare in modo indipendente.
“I segnali respiratori nascono nel cervello e vengono trasmessi ai motoneuroni cervicali, che poi consentono al diaframma di contrarsi. Questi segnali sono interrotti dopo le lesioni del midollo spinale cervicale. Persone con gravi lesioni cervicali (come Christopher Reeve) devono contare su ventilatori meccanici perché il flusso d’aria non può essere stabilito in assenza dei segnali originati nel cervello. La ventilazione meccanica, tuttavia, è spesso associata a polmonite e setticemia, che sono causa di morte dopo la lesione del midollo spinale “, spiega Jared Cregg neuroscienziato presso la Case Western Reserve University School of Medicine a ALN.
Tuttavia, non tutti i segnali di attività provengono dal cervello. Ad esempio, per il movimento degli arti, il midollo spinale comunica direttamente con i motoneuroni, escludendo completamente il cervello. Il generatore del pattern centrale nel cervello inibisce effettivamente il movimento, rendendoli più controllati.
Che cosa succede se il diaframma e la respirazione venissero controllati in modo simile, è uno degli interessi del team di ricerca del Case Western Reserve University. Per scoprirlo, i ricercatori hanno esaminato dapprima il midollo spinale ex vivo isolato da neonati di topi. Quando questi sono trattati con farmaci che bloccano i trasmettitori inibitori, si verifica spontaneamente l’attività nei motoneuroni frenici, che controllano il movimento del diaframma. L’attività nei motoneuroni frenici era meno ritmica e a più lunga durata rispetto alla respirazione normale. A causa di questo, i ricercatori hanno ipotizzato che questo fosse in qualche modo legato al riflesso legato allo spavento e alla sorpresa.
“La respirazione nei topi e nei ratti è ritenuta molto simile alla respirazione negli esseri umani. Per questo, per comprendere cosa possiamo fare in laboratorio per ripristinare la funzione del diaframma nell’uomo con lesioni del midollo spinale superiore, usiamo topi e ratti come modello di organizzazione del circuito respiratorio e del rimodellamento dopo danno “, ha dichiarato Cregg.
“In particolare, usiamo una preparazione isolata del sistema nervoso (dove il sistema nervoso viene dissezionato nei topi) per studiare il danno del midollo spinale in piastra”. Questo ci permette di eseguire un’analisi elettrofisiologica altamente sofisticata del sistema nervoso prima di lavorare in modelli di roditori per lesioni del midollo spinale “.
I ricercatori hanno poi studiato se questi impulsi potessero essere regolati, in modo da funzionare come la respirazione normale. Sfruttando l’optogenetica, hanno scoperto che gli impulsi di luce possono controllare l’attivazione dei nervi nel midollo spinale del topo ex vivo. Questo imita maggiormente il ritmo più veloce della respirazione.
Infine, hanno utilizzato topi e ratti da laboratorio adulti che avevano midollo spinale lesionato a livello C2 (nel collo). Quando questi animali di laboratorio sono stati trattati con un farmaco che inibisce i segnali del midollo spinale, erano osservabili ancora diversi scatti nel movimento del diaframma, completamente indipendenti dal cervello.
I ricercatori intendono verificare se, in futuro, l’optogenetica possa regolare il movimento della membrana in animali da laboratorio adulti.
“Il network identificato non è ancora del tutto chiarito: stiamo eseguendo una serie di esperimenti volti a descrivere più dettagliatamente questo network e speriamo che questi esperimenti ci consentano di sfruttarlo e controllarlo in modo estremamente sofisticato” spiega Craig.
Lo studio è stato pubblicato ad Ottobre 2017 su Cell Reports: link
