Functional neuroimaging identifies a cross-species biomarker for treatment monitoring in Angelman syndrome

Immaginate il cervello come una città frenetica dove miliardi di piccoli messaggeri (neuroni) inviano costantemente segnali per far sì che tutto continui a funzionare. A volte, la rete elettrica della città diventa un po' difettosa. In una condizione chiamata sindrome di Angelman, un particolare "manuale di istruzioni" per la gestione dell'energia del cervello è mancante. Ciò porta a una città che è un po' troppo rumorosa, con segnali che si scatenano in scariche caotiche, causando gravi ritardi nello sviluppo, problemi di movimento e mancanza di parola. Per molto tempo, i medici hanno cercato un modo affidabile per misurare quanto sia "difettosa" questa città, specialmente per vedere se i nuovi medicinali stiano risolvendo il problema. Il modo abituale per ascoltare il ronzio della città è con un EEG, che utilizza elettrodi adesivi sul cuoio capelluto per catturare le scintille elettriche. Ma per molte persone con la sindrome di Angelman, stare fermi abbastanza a lungo perché quegli elettrodi funzionino è incredibilmente difficile, e il rumore elettrico cambia man mano che invecchiano, rendendo difficile monitorare i progressi nel tempo. Gli scienziati avevano bisogno di un nuovo modo per "vedere" l'attività del cervello che fosse delicato, facile da usare e che funzionasse allo stesso modo che si trattasse di un topo o di un essere umano.

È qui che un team di ricercatori è intervenuto con un'idea ingegnosa: invece di ascoltare l'elettricità, osserviamo il flusso sanguigno. Pensate al cervello come a un ristorante affollato; quando gli chef (i neuroni) iniziano a cucinare con fermento, hanno bisogno di più carburante, quindi i camerieri portano più sangue in cucina. Misurando questo afflusso di sangue, gli scienziati possono capire quanto stia lavorando il cervello. In questo studio, il team ha utilizzato due diverse "telecamere" per osservare questo flusso sanguigno. Prima, hanno osservato topi con la sindrome di Angelman utilizzando una speciale telecamera a luce che può vedere i piccoli cambiamenti nel colore del sangue sulla superficie del cervello. Poi, hanno preso una telecamera simile e portatile, chiamata fNIRS (spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso), e l'hanno utilizzata su persone reali con la sindrome di Angelman. L'obiettivo era vedere se il "flusso di sangue" apparisse uguale sia nei topi che negli esseri umani e se riparare il manuale di istruzioni mancante nei topi avrebbe calmato quel flusso.

I ricercatori hanno scoperto che il flusso sanguigno cerebrale nella sindrome di Angelman è come un allarme antincendio bloccato su un "volume alto". Sia nei topi che nelle persone, quando guardavano uno stimolo visivo (come un modello lampeggiante), i loro cervelli inviavano un'onda di sangue molto più grande e caotica del normale. Non era solo un po' più forte; era un segnale distinto e amplificato che rimaneva lo stesso che si trattasse di un topo giovane, di un topo adulto, di un bambino o di un adulto. Questo "super-afflusso" di sangue era così costante che il team ha potuto usarlo per distinguere un cervello sano da un cervello con la sindrome di Angelman con un'accuratezza molto elevata, persino superiore all'osservazione del solo comportamento.

Ma la parte più eccitante è stata ciò che è accaduto quando hanno provato a risolvere il problema. Nei topi, gli scienziati hanno utilizzato due diversi trattamenti per ripristinare il manuale di istruzioni mancante. Un trattamento era come un camion per la consegna dei geni che trasportava le parti mancanti, e l'altro era un "cancella-molecole" che rimuoveva l'ostruzione che impediva al cervello di produrre le proprie parti. Quando hanno fatto questo, il "super-afflusso" di sangue nei cervelli dei topi non è solo diventato un po' più silenzioso; è tornato ai livelli normali. Più il manuale di istruzioni del cervello veniva ripristinato, più il flusso sanguigno si calmava e meglio i topi si muovevano. Questo ha dimostrato che questo segnale del flusso sanguigno non è solo un sintomo casuale, ma è un riflesso diretto della malattia e un indicatore sensibile di quanto un trattamento stia funzionando.

Quando si sono rivolti agli esseri umani, hanno affrontato una sfida difficile: le persone con la sindrome di Angelman spesso si muovono molto, il che di solito rovina le scansioni cerebrali. Tuttavia, il team ha sviluppato un modo speciale per pulire i dati, e ha funzionato. Hanno scoperto che le persone con la sindrome di Angelman mostravano esattamente lo stesso schema di "super-afflusso" dei topi. Anche se le persone erano di età diverse e avevano diversi tipi di condizione, l'amplificato flusso sanguigno rimaneva una caratteristica stabile. Ciò suggerisce che questa misura del flusso sanguigno è un biomarcatore affidabile "cross-specie". Significa che gli scienziati possono testare un nuovo farmaco nei topi, vedere se il flusso sanguigno si calma e avere la certezza che la stessa misurazione funzionerà anche negli esseri umani per vedere se il farmaco sta aiutando.

In breve, questo articolo suggerisce che osservare il flusso sanguigno cerebrale è un potente nuovo strumento. Agisce come un traduttore universale, parlando la stessa lingua dei topi e degli esseri umani. Dimostra che il cervello nella sindrazione di Angelman è in uno stato di ipereccitabilità che può essere misurato e, cosa più importante, può essere usato per tracciare se i trattamenti stanno con successo correggendo la causa principale del problema. Sebbene lo studio non sostenga di aver curato la sindrome di Angelman, fornisce un modo molto promettente e non invasivo per monitorare se le terapie future stiano effettivamente funzionando, accelerando potenzialmente il percorso verso trattamenti efficaci.