I “fili invisibili” che collegano l’intestino al cervello

È stato pubblicato lo scorso maggio su Scientific Reports uno studio condotto dai ricercatori di Istituto Pasteur Italia e Sapienza Università di Roma che fa luce sui “fili invisibili” che collegano l’intestino al cervello e che contribuisce a chiarire come il microbiota influenzi la nostra salute.

Il microbiota è una collezione di microrganismi residenti nei vari distretti del nostro corpo. Abbiamo, per esempio, il microbiota della pelle, il microbiota vaginale, quello degli occhi e delle vie respiratorie. Il microbiota intestinale, nello specifico, è un ecosistema composto da funghi, virus e batteri che si sono adattati a vivere sulla superficie dell’intestino, sviluppandosi immediatamente dopo la nascita. Alcuni studi (tra cui quest’ultimo) indicano anche l’esistenza di un microbiota del sangue, che viene considerato come un vero e proprio “organo liquido”.

 

Il microbiota si è evoluto insieme all’uomo nel corso dei millenni, tanto che il normale funzionamento del nostro sistema digestivo e di quello immunitario dipende dalla presenza di batteri “buoni” non patogeni. Ci sono migliaia di specie batteriche dentro, sopra di noi e nell’ambiente in cui viviamo con le quali si è instaurato un “rapporto mutualistico” dove un’alterazione della composizione può determinare un collasso del sistema con possibili ripercussioni per l’organismo. Il ruolo più importante nel regolare i vari equilibri tra i diversi organi del corpo umano – i cosiddetti “assi” intestino-cervello, intestino-fegato, intestino-cute etc. – lo svolge proprio il microbiota intestinale. Lo stato di salute dei batteri che popolano il nostro intestino è dunque collegato a quello di altri organi, come il fegato e il cervello.  Determinate malattie si possono manifestare a causa di fattori disturbanti, come per esempio diete sbilanciate, assunzione di antibiotici, sedentarietà o troppa igiene, fattori genetici ed epigenetici, che agiscono di concerto a modificare la composizione del microbiota.

Un recente studio condotto da Valerio Iebba, giovane ricercatore dell’Istituto Pasteur Italia e di Sapienza Università di Roma, utilizza un nuovo approccio sperimentale per descrivere le alterazioni del microbiota in pazienti affetti da cirrosi epatica (malattia degenerativa e cronica del fegato) che si riflettono anche sul cervello. Il lavoro che si avvale della collaborazione di Massimo Levrero (Istituto Italiano di Tecnologia, Roma), e di Manuela Merli e Serena Schippa (Sapienza Università di Roma), è stato pubblicato lo scorso maggio su Scientific Reports.

“Nei soggetti con cirrosi epatica – spiega Valerio Iebba – si verifica un’alterazione del microbiota intestinale tale che batteri patogeni crescono in maniera massiccia e a discapito di quelli benefici. Questi batteri “cattivi”, o i prodotti del loro metabolismo, possono traslocare attraverso il sistema portale dall’intestino al fegato. Qui contribuiscono allo sviluppo di uno stato infiammativo cronico e all’incapacità di smaltire le tossine presenti nel sangue tipica di molte complicanze in pazienti con cirrosi. Una di queste complicanze si manifesta addirittura a livello del cervello: è l’encefalopatia epatica, un malfunzionamento del sistema nervoso che può dare luogo a problemi motori, sensoriali o mentali”. 

 

Il sistema venoso che collega l’intestino al fegato agisce quindi come una sorta di autostrada che permette ai batteri e ai loro metaboliti di giungere al fegato. Quando la composizione dei batteri è spostata a favore di quelli “cattivi” si viene a creare uno squilibrio tale da influenzare in maniera negativa le funzioni di altri organi, come il cervello. Conoscere quali batteri si spostano dall’intestino al fegato in condizioni di salute o di malattia risulta dunque essenziale nella gestione delle complicanze delle malattie croniche epatiche – per prevenire le alterazioni patologiche del microbiota oppure, in casi più gravi, per cercare di ripristinare l’equilibrio a favore dei batteri “buoni”.

“Noi ricercatori di Sapienza e Istituto Pasteur Italia abbiamo scelto di utilizzare un nuovo approccio sperimentale che combina lo studio della sequenza del DNA dei batteri, con quello delle impronte chimiche che i microbi lasciano con i prodotti del loro metabolismo. Questo approccio è stato applicato allo studio del microbiota in biopsie di fegato, nelle feci e nel sangue sia di pazienti affetti da cirrosi che di individui sani. Grazie a questa analisi siamo stati in grado di associare alcune specie di batteri e metaboliti non solo al grado di infiammazione sistemica, ma anche al rischio di sviluppare encefalopatia epatica” – conclude Valerio Iebba.

 

Lo studio fornisce un’indicazione in più a favore dell’evidenza che vi sia un “filo” che collega l’intestino al cervello e suggerisce che alcuni specifici probiotici (batteri buoni assunti come integratori) possano intervenire positivamente, nel caso dei pazienti affetti da cirrosi, limitando e prevenendo l’insorgere dell’encefalopatia epatica.  Futuri studi come questo cercheranno di scoprire, almeno in parte, i “fili invisibili” che collegano l’intestino ad altri organi.

Vino rosso e tè verde efficaci contro le malattie metaboliche

Un bicchiere di vino rosso o un tè verde, secondo una nuova ricerca fatta dall’Università di Tel Aviv, possono contenere la chiave per il trattamento delle malattie metaboliche congenite, ossia di quelle patologie in cui nell’organismo mancano quegli enzimi chiave che abbattono i metaboliti, ossia delle piccole molecole che costituiscono le proteine. Il conseguente accumulo di metaboliti danneggia le cellule nervose e causa problemi cognitivi dello sviluppo oltre a disturbi mentali.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Chemical Chemistry del gruppo Nature, ha scoperto che l’acido tannico contenuto nel vino rosso e l’epigallocatechina (EGCG) contenuta nel tè verde bloccano la formazione, e quindi l’accumulo tossico, di questi metaboliti.

Sebbene sia ancora nelle fasi preliminari, questi risultati sono un segnale promettente per lo sviluppo di nuove terapie farmacologiche per le malattie metaboliche. Inoltre, è incoraggiante sapere che oltre a proteggere dal cancro e dalle malattie cardiovascolari, questi alimenti aumentano la salute del cervello e aiutano a vivere più a lungo.

Attualmente, l’unica terapia di trattamento per molte malattie metaboliche congenite è una minuziosa restrizione dietetica. Nel caso della fenilchetonuria (PKU), che colpisce uno su 25.000 neonati, i soggetti devono astenersi dal consumare carne, pesce, latticini, noci, uova e fagioli per tutta la vita, onde evitare di sviluppare problemi cognitivi.

Questo studio fornisce una speranza per un trattamento più pratico ed efficace della patologia, considerato anche che i metaboliti possono giocare un ruolo chiave in molte altre malattie, tra cui quelle neurodegenerative, come l’Alzheimer e il Parkinson, e quelle tumorali.

L’impronta metabolica delle cellule staminali cerebrali

Attraverso una sofisticata analisi basata sulla risonanza magnetica nucleare dei metaboliti cellulari (metabolomica) sono state evidenziate le sottili ma specifiche differenze che permettono di caratterizzare le cellule staminali cerebrali differenziandole in funzione dell’età.
La terapia cellulare con staminali richiede che le cellule presentino precisi e specifici biomarcatori per escludere contaminazioni con altre cellule più differenziate capaci di ridurre l’efficacia dell’ intervento terapeutico. Come discusso all’ultimo congresso della Società Internazionale per la Ricerca sulle Cellule Staminali (2017) questi biomarcatori permettono di isolare esclusivamente le staminali e devono essere utilizzati nel processo di produzione per ottenere preparazioni pure e standardizzate.
Il lavoro, pubblicato nella rivista Scientific Reports del gruppo editorialeNature, è stato coordinato dal neurologo Vincenzo Silani – direttore UO di Neurologia-Stroke Unit e Laboratorio di Neuroscienze presso l’IRCCS Istituto Auxologico Italiano – Centro “Dino Ferrari” dell’ Università degli Studi di Milano – e da Andrea Mele e Davide Moscatelli del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” afferente al Politecnico di Milano. Per la prima volta nella pubblicazione sono state comparate diverse cellule staminali cerebrali dimostrando che il loro corredo di metaboliti è specifico, permettendone quindi  l’identificazione e caratterizzazione differenziale. «Si è inoltre verificato che nelle cellule staminali cerebrali a diverse età – afferma Vincenzo Silani – le peculiarità metaboliche sono correlate alla loro funzionalità, si manifestano precocemente e tali caratteristiche delle cellule staminali permangono anche dopo il loro isolamento dal tessuto cerebrale di origine. I metaboliti rivestono anche un ruolo fondamentale per la proliferazione delle staminali e la rigenerazione neuronale, quindi il loro mantenimento ottimale si riflette sul corretto funzionamento dell’intero organismo».
La conoscenza della composizione metabolica caratterizzante le cellule staminali cerebrali è pertanto fondamentale per definire e comparare i cambiamenti patologici indotti dall’età e/o dalle malattie neurodegenerative, ed avrà un impatto clinico notevole sia sulla ricerca di base che sulla creazione di nuovi famaci/approcci terapeutici.
Il lavoro deriva da una stretta collaborazione tra gruppi di ricerca italiani ed europei, uniti per affrontare lo studio dei sistemi biologici da un punto di vista interdisciplinare.
Per evidenziare le sottili differenze presenti tra le diverse cellule staminali cerebrali, a partire dall’embrione fino alla vita adulta, è stato necessario integrare le specifiche competenze di biologia, chimica-fisica e biostatistica di gruppi afferenti a svariate Istituzioni leader nei rispettivi campi professionali (IRCCS Istituto Auxologico Italiano, Politecnico di Milano, CNR, Università di Genova e Politecnico Federale di Zurigo, ETH).
Come sottolineato da Andrea Mele, responsabile del laboratorio di Risonanza Magnetica Nucleare del Politecnico di Milano, presso il quale sono state fatte le misure sperimentali, «L’approccio metodologico seguito richiede una strumentazione di Risonanza Magnetica senza ulteriori modifiche complesse e una preparazione dei campioni molto semplice, facilmente utilizzabile in diversi Istituti, anche clinici».
«L’idea originale di comparare tramite Risonanza Magnetica diversi tipi di staminali cerebrali non distinguibili con altre metodologie classiche mi è venuta dal confronto con i professori Moscatelli e Mele, ma ha richiesto notevoli sforzi per sviluppare un linguaggio comune a partire dalle nostre diverse formazioni e professionalità» spiega Lidia Cova, esperta in staminali che ha ideato e sviluppato il progetto, appartenente all’IRCCS Auxologico come Patrizia Bossolasco, altra firmataria dello studio.
Fondamentale anche il contributo di Rosalia Pellitteri del CNR di Catania specializzata  in Neurobiologia e Neuroanatomia. L’analisi in Risonanza Magnetica e la successiva analisi bioinformatica sono state sviluppate da Franca Castiglione e Monica Ferro, insieme a Evangelos Mavroudakis del Politecnico di Milano.
Un contributo importante è venuto anche dal confronto con il professor Morbidelli del Politecnico ETH di Zurigo e il professor Zaccheo dell’Università di Genova.
La ricerca è stata supportata dai fondi del Ministero della Salute e dal PRIN 2010–2011 NANOMED prot. 2010 FPTBSH, fondi che hanno permesso di affrontare questa complessa ed interessante progettualità.
«Questo nuovo importante risultato – conclude Vincenzo Silani – conferma l’eccellenza del lavoro dei ricercatori italiani e l’importanza di un approccio multidisciplinare per studiare i complessi fenomeni biologici degli organismi. Lo studio in Risonanza Magnetica dei metaboliti nelle staminali cerebrali apre nuove prospettive terapeutiche per sfruttarne ulteriormente il loro potenziale curativo di contrasto dei processi di invecchiamento e di degenerazione».