La schizofrenia, è un disturbo neurologico cronico del cervello, colpisce milioni di persone in tutto il mondo. Provoca una discontinuità tra i pensieri, i sentimenti e il comportamento di una persona. I sintomi includono deliri, allucinazioni, difficoltà ad elaborare i pensieri e una generale mancanza di motivazione. I pazienti schizofrenici hanno un tasso di suicidio più alto e più problemi di salute rispetto alla popolazione generale, oltre che un’aspettativa di vita più bassa.
Purtroppo, attualmente, non esiste una cura per la schizofrenia. Ciò nonostante, la chiave per trattarla più efficacemente sta nel capire meglio come nasce. Secondo Ryuta Mizutani, professore di biochimica applicata alla Tokai University in Giappone, questo significa studiare la struttura del tessuto cerebrale. In particolare, significa confrontare i tessuti cerebrali dei pazienti schizofrenici con quelli delle persone in buona salute mentale, per vedere le differenze il più chiaramente possibile.
“L’attuale trattamento della schizofrenia si basa su molte ipotesi che non sappiamo confermare“, ha spiegato Mizutani. “Il primo passo è analizzare il cervello e vedere come è costituito in modo diverso“.
Per farlo, Mizutani e il suo team di diverse istituzioni internazionali, ha raccolto otto piccoli campioni di tessuto cerebrale; quattro di essi provenivano da cervelli sani e quattro da quelli di pazienti schizofrenici, tutti raccolti post-mortem. Di seguito, li hanno portati alla beamline 32-ID dell’Advanced Photon Source (APS); un Office of Science User Facility del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) al DOE Argonne National Laboratory.
Schizofrenia: i raggi X fanno luce sulle differenze neurali e puntano al trattamento
All’APS, il team ha usato potenti raggi X e ottiche ad alta risoluzione per catturare immagini tridimensionali di questi tessuti. La risoluzione delle ottiche a raggi X usate all’APS può arrivare fino a 10 nanometri. Cioè circa 700 volte più piccolo della larghezza del globulo rosso medio, e ci sono cinque milioni di queste cellule in una goccia di sangue.
“Ci sono solo pochi posti al mondo dove si può fare questa ricerca”, ha detto Mizutani. “Senza l’analisi 3D dei tessuti cerebrali questo lavoro non sarebbe possibile“.
Secondo Vincent De Andrade, fisico della divisione scientifica a raggi X di Argonne, la cattura di immagini ad alta risoluzione rappresenta una sfida; poiché i neuroni che vengono ripresi possono essere lunghi centimetri. Il neurone è l’unità di lavoro di base del cervello; una cellula del sistema nervoso che trasmette informazioni ad altre cellule per controllare le funzioni del corpo. Il cervello umano ha circa 100 miliardi di questi neuroni, in varie dimensioni e forme.
“Il campione deve muoversi attraverso il fascio di raggi X per tracciare i neuroni attraverso il campione“, ha affermato De Andrade. “Il campo visivo del nostro microscopio a raggi X è di circa 50 micron, circa la larghezza di un capello umano, e bisogna seguire questi neuroni per diversi millimetri”.
Servono nuovi studi per alleviare gli effetti del disturbo
Ciò che queste immagini hanno mostrato è che le strutture di questi neuroni sono unicamente diverse in ogni paziente schizofrenico, che Mizutani ha detto è la prova che la malattia è associata a queste strutture. Le immagini dei neuroni sani erano relativamente simili, mentre i neuroni dei pazienti schizofrenici hanno mostrato molta più deviazione, sia dai cervelli sani che tra di loro.
“Sono necessari altri studi“; ha detto Mizutani, “Per capire esattamente come le strutture dei neuroni sono legate all’insorgenza della malattia e per ideare un trattamento che possa alleviare gli effetti della schizofrenia. Come la tecnologia dei raggi X continua a migliorare – l’APS, per esempio, è in programma di subire un massiccio aggiornamento che aumenterà la sua luminosità fino a 500 volte – così saranno le possibilità per i neuroscienziati”.
“L’aggiornamento dell’APS permetterà una migliore sensibilità e risoluzione per l’imaging, rendendo il processo di mappatura dei neuroni nel cervello più veloce e preciso”, ha detto De Andrade. “Avremmo bisogno di risoluzioni migliori di 10 nanometri per catturare le connessioni sinaptiche, che è il Santo Graal per una mappatura completa dei neuroni, e queste dovrebbero essere raggiungibili con l’aggiornamento”.
Le conclusioni dell’APS
De Andrade ha anche notato che mentre la microscopia elettronica è stata usata per mappare il cervello di piccoli animali – moscerini della frutta, per esempio – quella tecnica richiederebbe molto tempo per l’immagine del cervello di un animale più grande; come ad esempio un topo, per non parlare di un cervello umano completo.
“Raggi X ultraluminosi e ad alta energia come quelli dell’APS” continua “Potrebbero accelerare il processo, e i progressi nella tecnologia aiuteranno gli scienziati a ottenere un quadro più completo del tessuto cerebrale”.
Per i neuroscienziati come Mizutani, l’obiettivo finale è un minor numero di persone affette da malattie del cervello come la schizofrenia.
“Le differenze nella struttura del cervello tra persone sane e schizofreniche devono essere collegate ai disturbi mentali”, ha concluso. “Dobbiamo trovare un modo per rendere le persone sane”.
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