Sviluppo e rigenerazione del telencefalo axolotl. Il trascrittoma unicellulare risolto spazialmente del telencefalo axolotl adulto come determinato dalle analisi Stereo-seq (a sinistra). In seguito a una lesione cerebrale nella regione del pallio laterale evidenziata dell'emisfero sinistro, una sottopopolazione di progenitori neurali nel sito della ferita è stata rapidamente indotta e successivamente reintegrata nei neuroni persi (in basso a destra) attraverso un processo che assomiglia in parte alla neurogenesi durante lo sviluppo (in alto a destra). Credito:Yunzhi Yang, BGI/Scienza (2022). DOI:10.1126/science.abp9444
Un team di ricerca multi-istituto guidato da BGI-Research ha utilizzato la tecnologia BGI Stereo-seq per costruire il primo atlante cellulare spaziotemporale dello sviluppo e rigenerazione cerebrale dell'axolotl (Ambystoma mexicanum), rivelando come una lesione cerebrale può guarire se stessa. Lo studio è stato pubblicato come storia di copertina nell'ultimo numero di Scienza .
Il team di ricerca ha analizzato lo sviluppo e la rigenerazione del cervello della salamandra, ha identificato i sottoinsiemi chiave di cellule staminali neurali nel processo di rigenerazione del cervello della salamandra e ha descritto la ricostruzione dei neuroni danneggiati da parte di tali sottoinsiemi di cellule staminali. Allo stesso tempo, il team ha anche scoperto che la rigenerazione e lo sviluppo del cervello hanno alcune somiglianze, fornendo assistenza per la struttura e lo sviluppo cognitivo del cervello, offrendo al contempo nuove direzioni per la ricerca sulla medicina rigenerativa e il trattamento del sistema nervoso.
A differenza dei mammiferi, alcuni vertebrati hanno la capacità di rigenerare più organi, comprese parti del sistema nervoso centrale. Tra questi, l'axolotl non solo può rigenerare organi come arti, coda, occhi, pelle e fegato, ma anche il cervello. L'axolotl è evolutivamente avanzato rispetto ad altri teleostei, come il pesce zebra, e il suo cervello presenta una maggiore somiglianza con la struttura cerebrale dei mammiferi. Pertanto, questo studio ha utilizzato l'axolotl come organismo modello ideale per la ricerca sulla rigenerazione del cervello.
La ricerca precedente ha caratterizzato solo in parte quali cellule e percorsi sono coinvolti nella rigenerazione del cervello. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia Stereo-seq di BGI per creare una mappa spaziotemporale con risoluzione unicellulare dello sviluppo del cervello della salamandra in sei importanti periodi di sviluppo, mostrando le caratteristiche molecolari di vari neuroni e i cambiamenti dinamici nella distribuzione spaziale. I ricercatori hanno scoperto che i sottotipi di cellule staminali neurali situati nella regione della zona ventricolare nella fase iniziale dello sviluppo sono difficili da distinguere, ma hanno iniziato a specializzarsi con le caratteristiche regionali spaziali dalla fase adolescenziale. Questa scoperta suggerisce che diversi sottotipi possono svolgere funzioni diverse durante la rigenerazione.
Campionando il cervello in sette punti temporali (2, 5, 10, 15, 20, 30 e 60 giorni) a seguito di una lesione nell'area corticale del cervello della salamandra, i ricercatori sono stati in grado di analizzare la rigenerazione cellulare.
Nella fase iniziale della lesione, nuovi sottotipi di cellule staminali neurali hanno iniziato ad apparire nell'area della ferita e il giorno 15 sono apparse connessioni tissutali parziali nell'area lesa. Nei giorni 20 e 30, i ricercatori hanno osservato che la ferita era stata riempita con nuovi tessuti , ma la composizione cellulare era significativamente diversa dall'area non lesa. Entro il giorno 60, i tipi cellulari e la distribuzione erano tornati allo stesso stato dell'area non lesa.
Axolotl processi di sviluppo e rigenerazione del cervello. Credito:BGI Genomics
Distribuzione spaziale e temporale dello sviluppo cerebrale di axolotl. Credito:BGI Genomics
Confrontando il cambiamento molecolare durante lo sviluppo e la rigenerazione del cervello della salamandra, i ricercatori hanno scoperto che il processo di formazione dei neuroni è molto simile sia durante lo sviluppo che durante la rigenerazione. Questo risultato indica che la lesione cerebrale può indurre le cellule staminali neurali a trasformarsi in modo inverso in uno stato di sviluppo precoce per avviare il processo di rigenerazione.
"Utilizzando axolotl come organismo modello, abbiamo identificato i tipi cellulari chiave nel processo di rigenerazione del cervello. Questa scoperta fornirà nuove idee e guida per la medicina rigenerativa nel sistema nervoso dei mammiferi", ha spiegato il dottor Yin Gu, corrispondente congiunto autore del carta, vicedirettore di BGI-Ricerca.
"Il cervello è un organo complesso con neuroni interconnessi. Pertanto, uno degli obiettivi principali della medicina rigenerativa del sistema nervoso centrale non è solo quello di ricostruire la struttura spaziale dei neuroni, ma anche di ricostruire i modelli specifici delle loro connessioni intra-tessutali. Pertanto, è importante ricostruire la struttura 3D del cervello e comprendere le reazioni sistemiche tra le regioni del cervello durante la rigenerazione nella ricerca futura."
Traiettorie di generazione dei neuroni. Credito:BGI Genomics
Oltre a BGI, ricercatori provenienti da Cina, Stati Uniti e Danimarca, tra cui Guangdong Provincial People's Hospital, South China Normal University, Wuhan University, School of Life Sciences presso l'Università dell'Accademia cinese delle scienze, Shenzhen Bay Laboratory, Whitehead Institute, University di Copenaghen e altri istituti hanno partecipato a questo studio che ha ricevuto l'approvazione etica e ha utilizzato axolotl coltivato in laboratorio. + Esplora ulteriormente
