Immagine: mappa del flusso nel terzo ventricolo del cervello di topo. Le linee colorate rappresentano i flussi lungo la parete del ventricolo e le direzioni dei flussi principali in alcune zone, sono evidenziate con frecce bianche.
E’ capitato a tutti di urtare la testa, ma per fortuna, di solito si tratta di incidenti innocui. Questo grazie a camere piene di liquido nel nostro cervello, il fluido cerebrale, che compensano piccoli urti e scossoni e forniscono un’imbottitura ai componenti sensibili del nostro sistema nervoso. Il fluido cerebrale, tuttavia, ha più di una semplice funzione di protezione: rimuove rifiuti cellulari, fornisce il nostro tessuto nervoso con sostanze nutritive e trasporta importanti sostanze messaggere. Come queste sostanze messaggere sono effettivamente consegnate a destinazione nel cervello, è fino ad ora poco chiaro.
I ricercatori del Göttingen-based Max Planck hanno ora scoperto delle ciglia molto piccole sulla superficie delle cellule specializzate che potrebbero aiutarci a comprendere la consegna e il trasporto a destinazione delle sostanze messaggere.
Attraverso movimenti sincronizzati, le ciglia creano una complessa rete di flussi dinamici che agiscono come nastri trasportatori che trasportano “merci” molecolari.
I risultati ottenuti dagli scienziati suggeriscono che questi flussi inviano le sostanze messaggere direttamente al punto in cui sono necessarie.
Solitamente le ciglia liberano le nostre vie aeree dalle polveri, muco e agenti patogeni, trasportano gli ovuli attraverso le tube di Falloppio…e altro.. Le quattro camere nel cervello, dette ventricoli cerebrali, sono rivestite da uno strato di cellule altamente specializzate che a loro volta sono rivestite di fasci di ciglia sulla loro superficie. Le ciglia si trova a pochi millesimi di millimetro l’una dall’altra e battono all’unisono in modo da generare flussi potenti.
Gregor Eichele e Regina Faubel del Max Planck Institute (MPI) for Biophysical Chemistry, insieme ad Eberhard Bodenschatz e Christian Westendorf al MPI per Dynamics and Self-Organization, sono riusciti a riprodurre e rendere visibile la complessa rete di questi flussi utilizzando tessuto cerebrale ventricolare isolato. Per i loro esperimenti, i ricercatori si sono concentrati sul terzo ventricolo cerebrale che è incorporato nell’ipotalamo. ” L’ipotalamo è un importante centro di controllo ed ha funzioni di regolazione sul sistema circolatorio, temperatura corporea, comportamento sessuale, l’assunzione di cibo e l’equilibrio ormonale. A nostra sorpresa, abbiamo scoperto che vi è un sistema di trasporto sofisticato che parte dall’ipotalamo per la distribuzione di sostanze messaggere, via fluido cerebrale “, spiega Gregor Eichele, capo del Department of Genes and Behavior at the MPI for Biophysical Chemistry.
Traccianti fluorescenti per visualizzare i flussi
Il movimento del fluido, tuttavia, non può essere osservato direttamente al microscopio. Per visualizzare il movimento, Regina Faubel del Dipartimento Eichele ha sviluppato un nuovo approccio sperimentale utilizzando tessuto di ventricolo cerebrale isolato dai topi. In una piastra di coltura, lo scienziato ha iniettato il tessuto nervoso con particelle fluorescenti molto piccole che successivamente si sono trasferite nel terreno di coltura come tracciante. In seguito i ricercatori hanno registrato il percorso di ogni particella del tessuto nervoso al microscopio. Con l’ausilio di un programma per computer appositamente sviluppato daChristian Westendorf, i ricercatori finalmente sono riusciti a mettere insieme i numerosi dati per creare delle immagini che potevano essere analizzate scientificamente.
” Grazie a queste immagini, possiamo vedere una rete complessa di percorsi di fluido all’interno del ventricolo cerebrale. Tuttavia, in contrasto con il sangue che scorre attraverso i vasi sanguigni, questi percorsi non sono limitati da pareti.
La domanda eccitante per noi era pertanto: ” Il modello di flusso è creato esclusivamente dal battito sincronizzato delle ciglia? “, riporta Regina Faubel, primo autore dello studio che è stato pubblicato nel numero corrente della rinomata rivista scientifica Science.
I ricercatori hanno poi filmato le ciglia in azione in vivo, determinando così la direzione del battito delle ciglia ed i flussi risultanti.
“I nostri esperimenti hanno dimostrato che i flussi sono in realtà generati esclusivamente dai movimenti delle ciglia che agiscono come nastri trasportatori e sono quindi un mezzo ideale per il trasporto di sostanze messaggere al posto giusto nel cervello”, afferma Eberhard Bodenschatz, Responsabile del Department of Fluid Dynamics, Pattern Formation and Biocomplexity at the MPI for Dynamics and Self-Organization.
“Questi flussi potrebbero anche contribuire a limitare le sostanze a livello locale in quanto i percorsi di fluido che scorrono uno contro l’altro, potrebbero agire come barriere”, aggiunge Christian Westendorf, secondo autore dello studio.
Cambiare direzioni del flusso
Questi percorsi di fluido non sono affatto rigidi. Con sorpresa dei ricercatori, le ciglia cambiano la direzione del loro battito in un ritmo temporale. Questa è stata una grande sorpresa, poichè secondo la scuola di pensiero prevalente, la direzione del battito delle ciglia non può essere modificata.
“Nel liquido cerebrale degli esseri umani, ci sono centinaia, se non migliaia, di sostanze fisiologicamente attive”, spiega Eichele. “Partiamo dal presupposto che la rete dei flussi che abbiamo scoperto svolgono un ruolo importante nella distribuzione di queste sostanze. In altri esperimenti, vorremmo osservare come le sostanze messaggere vengono trasportate attraverso i flussi e dove sono in ultima analisi, depositate nel tessuto.Tuttavia la comprensione della fisica della dinamica dei fluidi è anche di per sé, un obiettivo di ricerca”, aggiunge Bodenschatz.
Fonte: Medicalxpress
