“In seguito a un’ischemia, il cervello tenta faticosamente di ripararsi: alcune staminali di una precisa area, chiamata zona subventricolare, vengono allertate da segnali chimici emessi dalle cellule danneggiate, una sorta di ‘chiamata di soccorso’”,

spiega Cinzia Volontè, ricercatrice della Fondazione Santa Lucia e dell’Istituto di neurobiologia e medicina molecolare (Inmm) del Cnr.

“Queste staminali rispondono producendo nuove cellule, chiamate precursori neuronali, che si muovono per andare a sostituire i neuroni danneggiati. Il nostro gruppo ha scoperto che l’ostacolo principale da superare, in questo caso, si chiama ATP, adenosinatrifosfato: una molecola chiave del metabolismo energetico della cellula, che viene rilasciata durante un’ischemia e che, se presente nello spazio extracellulare in dosi massicce, inibisce l'azione delle staminali e dei precursori”.

La ricerca ha mostrato come questo meccanismo dipenda da un numero abbastanza ridotto di fattori, riproducendo, con un modello matematico al computer, i risultati ottenuti in sperimentazione su ‘fettine’ di cervello di topo.

La simulazione da un lato ha permesso di validare le conclusioni biologiche (i fattori considerati sono stati sufficienti a spiegare i risultati) e, dall'altro, permetterà in futuro di condurre sperimentazioni tridimensionali realistiche, che sarebbero impossibili a livello biologico, misurando e ottimizzando le prestazioni dei farmaci, allo scopo di aprire la strada a nuove terapie farmacologiche di tipo rigenerativo.

La parte biologica della ricerca si è svolta in laboratorio, utilizzando un modello cellulare formato da lamine sottili di cervello di ratto, contenenti sia parti di corteccia sia la zona subventricolare di produzione delle staminali.
In queste lamine è stata indotta in vitro un’ischemia, ed è stata studiata la capacità di generazione e di migrazione di nuovi precursori.
Il composto commerciale PPADS (antagonista dei recettori per l’APT)  ha mostrato una elevata capacità di ridurre l'effetto inibitorio causato dall'ATP sui precursori attivati in seguito al danno provocato dall’ischemia cerebrale.

Sotto il profilo computazionale, un modello matematico ha riprodotto lo svolgersi di questi esperimenti, simulando l'attività delle cellule staminali, con o senza farmaci.
Questo modello è basato su delle equazioni differenziali di bilancio di massa che tengono conto di come evolvono le densità di cellule staminali e di precursori e le concentrazioni delle molecole, inibitrici o attivatrici. Il confronto tra gli esperimenti biologici e le simulazioni numeriche ha permesso di affinare il modello matematico, fino a renderlo più preciso ed efficace, stabilendo così un sostanziale accordo tra esperimenti e simulazioni.

Secondo Fabio Cavaliere

“questa ricerca è un primo passo verso la comprensione profonda di questi fenomeni. Studi ulteriori saranno necessari per capire come si comportano i precursori alla fine della migrazione, una volta arrivati nell'area danneggiata, e il modello matematico dovrà essere esteso a coprire tutto il ciclo rigenerativo. Sono sempre più convinto che discipline translazionali come neuroscienze e matematica costituiranno il futuro per lo sviluppo di nuove terapie nel campo della medicina rigenerativa”.