Oamenii de ştiinţă au creat un atlas celular pentru creierul în curs de maturizare, într-un model de şoarece.
Cum ar fi dacă am putea identifica cu exactitate unde începe îmbătrânirea în creier? Oamenii de ştiinţă de la Institutul Allen au reuşit acest lucru, creînd primul atlas celular detaliat al îmbătrânirii creierului prin analizarea a milioane de celule individuale şi identificarea regiunilor-cheie în care apar primele modificări legate de vârstă.
Creierul poate fi comparat metaforic cu un oraş imens, cu mii de cartiere diferite, fiecare populat de tipuri unice de celule care îndeplinesc sarcini specifice. Până în prezent, cercetătorii nu au dispus de un „recensământ” detaliat care să arate cum se schimbă fiecare cartier pe măsură ce oraşul îmbătrâneşte. Acest studiu, publicat pe 1 ianuarie în revista Nature, oferă exact acest lucru, examinând celule de la şoareci adulţi tineri (în vârstă de 2 luni) şi şoareci în vârstă (18 luni). Deşi şoarecii îmbătrânesc diferit faţă de oameni, această comparaţie reflectă aproximativ diferenţele dintre creierele umane ale adulţilor tineri şi cele ale adulţilor în vârstă.
Cercetătorii au analizat 16 regiuni diferite ale creierului, acoperind aproximativ 35% din volumul total al creierului şoarecilor. Ei au identificat 847 de tipuri distincte de celule şi au descoperit că anumite populaţii de celule, în special celulele de sprijin numite glia, erau deosebit de sensibile la îmbătrânire. Ei au descoperit modificări semnificative în jurul ventriculului al treilea din hipotalamus, care este centrul de control principal al creierului care reglează funcţii esenţiale precum foamea, temperatura corpului, somnul şi producţia de hormoni.
Celule cerebrale non-neuronale numite tanicite iluminate şi codificate prin culori în funcţie de profunzimea lor în hipotalamusul unui şoarece. Acestea sunt unul dintre tipurile de celule din creierul şoarecilor care prezintă un număr mare de transcripţii genetice care se modifică odată cu vârsta. (Credit:Institutul Allen, 1 ianuarie 2025)
Pe măsură ce creierul îmbătrâneşte, acesta prezintă o activitate imunitară crescută în diferite tipuri de celule. Cercetătorii au observat acest lucru, în special în microglii, care sunt celule specializate ce acţionează ca sistem de întreţinere şi apărare imunitară a creierului. De asemenea, au constatat acest lucru în macrofagele asociate barierelor creierului (din sistemul nervos central), un alt tip de celule imune. Aceste celule au arătat semne de activitate inflamatorie crescută la şoarecii în vârstă, sugerând că lucrau mai mult pentru a menţine sănătatea creierului.
Echipa de cercetare a descoperit schimbări fascinante în celulele specializate numite tanicite şi celule ependimare, care acoperă ventriculele şi apeductele creierului, şi care căptuşesc camerele umplute cu lichid din creier, în special în jurul celui de-al treilea ventricul.
„Ipoteza noastră este că aceste tipuri de celule devin mai puţin eficiente în integrarea semnalelor din mediul înconjurător sau din lucrurile pe care le consumăm”, spune autorul principal Kelly Jin, într-un comunicat. Această ineficienţă ar putea contribui la efecte mai ample ale îmbătrânirii în întregul organism.
Studiul a evidenţiat modificări ale celulelor care produc mielină, materialul izolator din jurul fibrelor nervoase. Asemenea stratului protector din jurul firelor electrice, mielina ajută neuronii să comunice eficient. Cercetătorii au constatat că îmbătrânirea afectează aceste celule producătoare de mielină, ceea ce ar putea avea un impact asupra funcţionării circuitelor cerebrale.
Cel mai intrigant, cercetătorii au identificat grupuri specifice de neuroni din hipotalamus care au prezentat schimbări dramatice odată cu vârsta. Aceşti neuroni, care ajută la controlul apetitului, metabolismului şi utilizării energiei în întregul organism, au prezentat semne atât de scădere a funcţiei, cât şi de creştere a activităţii imune. Această constatare se aliniază cu cercetările anterioare care sugerează că factorii regimului alimentar, cum ar fi postul intermitent sau restricţia calorică, ar putea influenţa durata de viaţă.
„Îmbătrânirea este cel mai important factor de risc pentru boala Alzheimer şi multe alte tulburări cerebrale devastatoare. Aceste rezultate oferă o hartă extrem de detaliată a celulelor creierului care ar putea fi cele mai afectate de îmbătrânire”, a precizat dr. Richard J. Hodes, director al Institutului american pentru Îmbătrânire din cadrul NIH.
Deşi această cercetare a fost efectuată pe şoareci, constatările oferă o imagine-cheie pentru înţelegerea îmbătrânirii creierului uman. Identificarea anumitor tipuri de celule şi regiuni vulnerabile oferind oamenilor de ştiinţă ţinte clare pentru dezvoltarea viitoare a unor terapii care să menţină sănătatea creierului pe tot parcursul vieţii.
Rezumatul cercetării
Cercetătorii au utilizat secvenţierea ARN unicelulară pentru a analiza modelele de expresie genetică ale celulelor cerebrale individuale. Ei au colectat ţesut cerebral de la şoareci tineri şi bătrâni, au disecat cu atenţie regiuni specifice şi au izolat celule individuale. Aceste celule au fost apoi prelucrate pentru a determina ce gene erau active în fiecare celulă, creând un profil molecular detaliat al fiecărui tip de celulă şi modul în care acesta se modifică odată cu vârsta.
Rezultate
Studiul a identificat 2.449 de gene care au prezentat modificări semnificative în funcţie de vârstă în diferite tipuri de celule. Unele modificări au fost comune mai multor tipuri de celule, în timp ce altele au fost specifice anumitor populaţii de celule. Cercetătorii au constatat că anumite regiuni ale creierului, în special în jurul ventriculului al treilea, au prezentat modificări legate de vârstă mai dramatice decât altele.
Limitări
Studiul a fost efectuat pe şoareci, astfel încât constatările trebuie să fie validate la om. În plus, cercetarea a examinat doar două puncte de vârstă şi a acoperit aproximativ 35% din creier, lăsând loc pentru studii viitoare pentru explorarea altor regiuni şi vârste intermediare.
Concluzii
Această cercetare oferă cea mai detaliată imagine de până acum a modului în care îmbătrânesc celulele individuale ale creierului, identificând populaţii specifice de celule care ar putea fi ţinte-cheie pentru intervenţiile de promovare a îmbătrânirii sănătoase a creierului. Constatările sugerează că zona din jurul ventriculului al treilea ar putea fi deosebit de importantă în procesul de îmbătrânire.
Finanţare
Cercetarea a fost finanţată de Institututele Naţional pentru Îmbătrânire din Statele Unite şi Iniţiativa BRAIN.
