Centinaia di migliaia di pazienti, dai neonati agli anziani, sono costretti a cimentarsi con la devastazione delle lesioni cerebrali ogni anno e, a differenza di molte malattie in cui determinati dati demografici sono protetti, le lesioni cerebrali possono capitare a chiunque, sempre e ovunque.
Elevata pressione intracranica (ICP), che è un sottoprodotto del cranio rigido in cui risiede il cervello, è la causa primaria della lesione iniziale. L’alta ICP a sua volta causa lesioni cellulari nel cervello e ulteriori deficit neurologici oltre a quelli associati all’insulto iniziale. Sebbene siano state condotte ricerche sostanziali sulle lesioni cerebrali, la maggior parte si concentra sugli esiti dei pazienti dopo l’insulto primario e non esplora le lesioni cellulari secondarie causate dal persistente innalzamento dell’ICP o dai meccanismi che ne sono alla base. Di conseguenza, si sa poco di questi meccanismi.
( Vedi anche:I batteri intestinali possono attivare lesioni cerebrali che portano all’ ictus).
I ricercatori della Medical University of South Carolina (MUSC) hanno sviluppato un modello ex vivo di danno cellulare indotto da ICP che secondo i dati preliminari potrebbe essere uno strumento utile per comprendere i primi meccanismi di lesione cellulare e identificare i biomarcatori associati alla pressione patologica in lesioni cerebrali con multiple eziologie.
Lo studio è stato pubblicato online il 6 ottobre 2017 dal Journal of Neuroscience Methods.
“La novità di questo modello è che ci sono pochissimi esempi in letteratura in cui le persone sono state in grado di mettere le cellule sotto pressione per vedere gli effetti”, dice Michael E. Smith, Ph.D., assistente Professore di neurochirurgia del MUSC College of Medicine e primo autore dell’articolo. “Nei pazienti con lesione cerebrale, l’insulto iniziale si è già verificato e il clinico può fare tanto per affrontare quel danno. Affrontare gli effetti secondari indotti dalla elevata pressione intracranica potrebbe aiutare a minimizzare i deficit neurologici sostenuti dal paziente”.
Il sistema, ideato da Smith e Ramin Eskandari, Direttore della neurochirurgia pediatrica presso MUSC Children’s Health e autore senior dell’articolo, è composto da camere acriliche separate all’interno di un incubatore a coltura cellulare sotto una pressione regolata e regolabile. L’originalità di questo sistema ex vivo è la capacità di esporre una matrice 3D di cellule cerebrali a periodi prolungati di condizioni di pressione sostenute e pulsatili pur avendo il controllo completo su tutti gli altri parametri del sistema di coltura cellulare. Ciò consente valutazioni sistematiche e riproducibili degli effetti della pressione a livello cellulare.
Per testare sperimentalmente questo sistema, Smith ed Eskandari hanno sottoposto astrociti o neuroni incorporati in idrogel 3D ad una pressione di 30 cm H20 (22 mm Hg), che è considerata pressione patologica, per vari periodi di tempo, da un paio d’ore a un paio di giorni. È stato misurato il rilascio di adenosina trifosfato (ATP), che segnala lo stress cellulare e la suscettibilità al danno, così come la vitalità delle varie cellule una volta rimosse dalla pressione.
Sotto esposizione a pressione sostenuta, il rilascio di ATP era significativamente più alto nei neuroni rispetto ai controlli a 18 ore di esposizione, mentre si osservava scarso effetto sugli astrociti. Allo stesso modo, i dati iniziali dimostrano che i neuroni sono più suscettibili alla pressione e, dopo un paio di giorni di esposizione alla pressione, hanno una diminuzione ritardata ma drammatica della vitalità anche quando la pressione è normalizzata. Questo nuovo modello di ICP elevato ha avviato con successo lo stress cellulare e lo ha fatto in modo specifico per la cellula.
Il modello, sviluppato per studiare l’idrocefalo pediatrico, potrebbe rivelarsi utile per chiarire i meccanismi che sono rilevanti per altri tipi di lesioni cerebrali, tra cui tumori cerebrali, ictus, ematoma subdurale e lesioni traumatiche del cervello.
“La capacità di fermare gli effetti deleteri a valle delle malattie cerebrali consentirà ai medici di modificare il processo di recupero in alcune delle malattie più devastanti di cui soffrono gli esseri umani”, dice Eskandari.
