Cercare nel ginocchio o nella tibia una strada per favorire il recupero dopo una lesione cerebrale può sembrare poco intuitivo. Eppure un nuovo esperimento condotto in Cina suggerisce che tra osso e cervello possa esistere una forma di comunicazione biologica più importante di quanto si pensasse. Nei test, una pressione controllata applicata ripetutamente alla tibia di topi e maiali con danni cerebrali ha coinciso con una maggiore sopravvivenza e con risultati migliori nei test di movimento, memoria e comportamento.
L’idea nasce da un’osservazione già nota in medicina: alcune persone con gravi lesioni cerebrali possono mostrare una guarigione delle fratture insolitamente rapida e, in determinati casi, può comparire anche formazione di osso nei tessuti molli. Questo ha fatto pensare da tempo che un cervello danneggiato possa inviare segnali capaci di modificare il comportamento dell’osso. I ricercatori hanno quindi provato a ribaltare la domanda: se il cervello può influenzare l’osso, è possibile che anche l’osso invii segnali utili al cervello?
La tibia è stata compressa 300 volte per trattamento
Per verificarlo, il gruppo di ricerca ha utilizzato un dispositivo capace di applicare una pressione delicata e precisamente controllata sulle tibie degli animali. Il protocollo prevedeva 300 compressioni, effettuate alla velocità di due al secondo, per cinque giorni alla settimana.
Nei topi sottoposti a lesione cerebrale, gli animali trattati hanno completato più rapidamente alcuni test motori e hanno ottenuto risultati migliori anche in una prova di memoria spaziale, nella quale dovevano ricordare la posizione di una piattaforma nascosta all’interno di un labirinto acquatico. Nei modelli con traumi più gravi è stata osservata anche una maggiore sopravvivenza.
L’analisi del cervello ha mostrato ulteriori differenze: negli animali sottoposti alla stimolazione della tibia, le aree danneggiate erano più piccole, risultavano preservati più neuroni e l’infiammazione a lungo termine appariva ridotta. Aumentavano inoltre alcuni segnali associati alla formazione di nuove cellule nervose.
Lo stesso approccio ha mostrato effetti favorevoli anche in topi utilizzati come modello sperimentale di ictus, suggerendo che il fenomeno potrebbe non dipendere esclusivamente da un singolo tipo di danno cerebrale.
Il ruolo di PIEZO1 nelle cellule dell’osso
Rimaneva però una domanda centrale. Premere su una gamba non significa necessariamente stimolare soltanto l’osso: vengono coinvolti anche muscoli, nervi, vasi sanguigni e tessuti circostanti. Per capire se il beneficio partisse davvero dalle cellule ossee, gli studiosi hanno concentrato l’attenzione su un particolare meccanismo sensibile alla pressione.
L’osso, infatti, non è semplicemente una struttura rigida che sostiene il corpo. È un tessuto vivo, attraversato da cellule capaci di percepire le sollecitazioni meccaniche e di rispondere producendo segnali chimici.
Gli scienziati hanno studiato in particolare PIEZO1, una proteina che funziona come sensore delle forze meccaniche all’interno di queste cellule. Quando PIEZO1 veniva disattivata nei topi, la compressione della tibia non produceva più lo stesso effetto protettivo sul cervello.
Questo risultato suggerisce che non fosse sufficiente esercitare una pressione generica sulla gamba. Per osservare i benefici, le cellule dell’osso dovevano essere in grado di percepire direttamente lo stimolo meccanico.
Nel sangue comparivano segnali potenzialmente protettivi
Il passaggio successivo ha permesso di capire qualcosa in più sulla possibile comunicazione tra tibia e cervello. I ricercatori hanno prelevato il siero, cioè la componente liquida del sangue, da topi sottoposti alla compressione della tibia e lo hanno somministrato ad altri animali con lesione cerebrale che non avevano ricevuto direttamente il trattamento.
Rispetto ai controlli, questi topi mostravano una minore perdita di neuroni. Il dato indica che l’effetto non dipendeva semplicemente dalla pressione esercitata fisicamente sulla gamba, ma che la risposta dell’osso sembrava modificare la composizione del sangue, attraverso il quale determinati segnali potevano raggiungere il cervello.
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Dopo la stimolazione aumentavano infatti diverse sostanze associate alla protezione delle cellule nervose, alla riduzione dell’infiammazione e ai processi di riparazione dei tessuti. Gli studiosi non hanno identificato un’unica molecola capace di spiegare tutti gli effetti: il quadro suggerisce piuttosto l’azione combinata di più segnali biologici.
L’esperimento è stato ripetuto anche sui maiali
Per avvicinarsi a un modello neurologico più complesso rispetto al topo, i ricercatori hanno poi sperimentato il metodo su maiali in miniatura di quattro mesi, il cui cervello presenta dimensioni e caratteristiche fisiologiche più utili per studiare alcuni aspetti del sistema nervoso umano.
Gli animali hanno ricevuto lesioni cerebrali controllate. Sei maiali sono stati sottoposti alla compressione della tibia, mentre altri sei animali con lo stesso tipo di lesione non hanno ricevuto la procedura.
Nei diversi test effettuati, i maiali trattati hanno mostrato una sopravvivenza più lunga e migliori prestazioni comportamentali rispetto ai controlli. Anche in questo caso le aree cerebrali danneggiate risultavano più piccole, erano presenti più cellule nervose sopravvissute e nel sangue aumentavano sostanze associate alla protezione e alla riparazione del cervello.
I ricercatori hanno inoltre controllato possibili conseguenze locali della procedura. Quattro settimane dopo, tibie, articolazioni del ginocchio e cartilagini degli animali non mostravano danni evidenti legati alla stimolazione.
I risultati sono promettenti, ma gli esperimenti sono ancora piccoli
I limiti restano numerosi. Nei maiali, per esempio, ciascun gruppo con lesione cerebrale comprendeva soltanto sei animali. Inoltre, sia i topi sia i maiali coinvolti nello studio erano esclusivamente maschi, quindi non è ancora possibile sapere se la risposta sarebbe identica nelle femmine.
C’è poi una differenza ancora più importante rispetto alla realtà clinica. Le lesioni cerebrali degli animali sono state prodotte in condizioni controllate di laboratorio, mentre un trauma cranico nell’uomo può variare enormemente per localizzazione, intensità e conseguenze.
Non è ancora chiaro nemmeno quando la stimolazione debba essere iniziata dopo il danno, per quanto tempo eventuali benefici possano persistere e quali siano esattamente i segnali presenti nel sangue maggiormente responsabili dell’effetto osservato.
Per questo lo studio non suggerisce in alcun modo di comprimere o manipolare la gamba di una persona che abbia subito un trauma cranico. Una lesione cerebrale traumatica è un’emergenza medica e richiede una valutazione e un trattamento professionale.
L’osso potrebbe essere più coinvolto nella salute del cervello di quanto pensassimo
L’aspetto più interessante della ricerca riguarda quindi meno la procedura in sé e più il meccanismo biologico che potrebbe esserci dietro. Le ossa vengono spesso considerate soprattutto come la struttura meccanica del corpo, ma contengono cellule vive in grado di percepire le forze, adattarsi e produrre molecole capaci di influenzare altri organi. Gli esperimenti suggeriscono che stimolare meccanicamente l’osso può modificare alcuni segnali presenti nel sangue e che questi, almeno negli animali, possono raggiungere un cervello lesionato.
Se il fenomeno verrà confermato, la ricerca futura potrebbe prendere due strade: sviluppare dispositivi in grado di stimolare l’osso in modo controllato oppure individuare le sostanze protettive rilasciate dopo la stimolazione per capire se possano diventare la base di nuovi trattamenti.
Entrambe le possibilità sono però ancora lontane dall’uso clinico. Per ora, lo studio mostra soprattutto che la risposta dell’organismo a una lesione cerebrale potrebbe coinvolgere molti più organi di quelli presenti all’interno del cranio, e che anche un osso della gamba potrebbe partecipare, attraverso il sangue, ai processi di protezione e recupero del sistema nervoso.
Fonte:
Nature Neuroscience - Tibial bone compression promotes recovery after brain injury through osteocyte PIEZO1
