Come crescono i vasi sanguigni nel cervello

I vasi sanguigni sono essenziali per rifornire il corpo di ossigeno e nutrienti. Formano un sistema di trasporto attraverso il quale il sangue raggiunge i singoli organi e le cellule. Nella sua tesi di dottorato presso il Dipartimento di scienze e tecnologie della salute (D-HEST) dell'ETH di Zurigo, il dottor Thomas Wälchli ha studiato i complessi processi di formazione dei vasi sanguigni nel cervello, uno degli organi del corpo con il maggior afflusso di sangue.

Per il suo lavoro ha sviluppato un metodo di microscopia che consente di distinguere i vasi sanguigni cerebrali di nuova formazione, non ancora perfusi, dai vasi sanguigni perfusi e di visualizzarli in tre dimensioni. Questo è importante perché le parti non vascolarizzate dei vasi sanguigni stanno ancora crescendo. Ed è proprio questo processo di crescita che potrebbe offrire potenziali approcci per il trattamento dei tumori cerebrali in futuro.

I diversi ruoli dei vasi sanguigni

I vasi sanguigni svolgono diverse funzioni nel cervello. Il loro compito principale è quello di fornire ossigeno al tessuto cerebrale. Tuttavia, svolgono anche un ruolo decisivo in malattie come ictus, emorragie cerebrali e tumori. Mentre i nuovi vasi contribuiscono al recupero dopo un ictus o un'emorragia cerebrale, i vasi sanguigni hanno l'effetto opposto nei tumori. "Forniscono alle cellule tumorali sostanze nutritive e ossigeno, favorendo così la crescita del tumore", spiega Wälchli. Vorrebbe essere in grado di contrastare questo fenomeno in futuro. Come medico junior in neurochirurgia presso l'Ospedale universitario di Zurigo, si occupa spesso di pazienti con tumori al cervello.

Per la sua tesi di dottorato, Wälchli ha studiato lo sviluppo dei vasi sanguigni nel cervello dei topi nei giorni successivi alla nascita. La formazione dei vasi sanguigni è più attiva in questa fase. Con l'aumentare dell'età, si forma un numero sempre minore di nuovi vasi sanguigni, fino a quando la formazione dei vasi sanguigni si arresta praticamente nel cervello adulto e sano.

Il processo di sviluppo avviene principalmente in modo che i nuovi vasi crescano da quelli esistenti. All'estremità di un nuovo ramo vascolare si trova la cosiddetta cellula della punta, che utilizza estensioni cellulari simili a dita (filopodi) per sondare il tessuto circostante alla ricerca di segnali, per così dire. A seconda della retroazione meccanica e metabolica e di altri fattori non ancora completamente studiati, la cellula della punta dirige il germoglio vascolare in crescita attraverso il tessuto e infine si fonde con un altro vaso: si sviluppa così un nuovo ramo vascolare con apporto di sangue.

Visualizzazione dei vasi sanguigni

Con il cosiddetto metodo di immunofluorescenza sviluppato da Thomas Wälchli e colleghi dell'ETH, dell'Università di Zurigo e dell'Ospedale universitario di Zurigo, per la prima volta è possibile visualizzare con precisione e soprattutto simultaneamente i vasi perfusi e non perfusi, comprese le cellule della punta, in un preparato di tessuto. "L'idea era di combinare la tecnica esistente per l'imaging dei vasi perfusi con la visualizzazione delle cellule della punta", riferisce Wälchli.

Il metodo funziona così: In una prima fase, gli scienziati visualizzano i vasi sanguigni perfusi con l'aiuto del blu di Evans. Si tratta di un colorante che si lega all'albumina, una proteina presente nel plasma sanguigno. In una seconda fase, i vasi non perfusi del preparato cerebrale vengono visualizzati con un colorante fluorescente che si lega alle cellule della parete dei vasi sanguigni (cellule endoteliali). Utilizzando un cosiddetto microscopio confocale a fluorescenza, è possibile ottenere immagini tridimensionali dettagliate e ad alto contrasto. Queste immagini sono così precise che è possibile determinare lo stadio di sviluppo di ciascun vaso.

Con l'aiuto della stereologia, un metodo matematico per l'analisi tridimensionale delle immagini, Wälchli è stato anche in grado di calcolare con precisione il volume, la lunghezza e il numero di diramazioni dei vasi, sia per i vasi perfusi che per quelli di nuova formazione. La tecnologia consente anche un'analisi precisa delle cellule della punta, compreso il numero e la lunghezza dei filopodi.

Uno strumento per la ricerca sul cancro

In futuro, il metodo dovrebbe facilitare la ricerca sulle molecole di segnalazione che promuovono o inibiscono la formazione dei vasi sanguigni. Potrebbe aiutare a trovare terapie per le malattie in cui la formazione dei vasi sanguigni gioca un ruolo importante. "Questo perché molte molecole e vie di segnalazione importanti per la crescita dei vasi sanguigni durante lo sviluppo del cervello sono riattivate durante la crescita dei tumori cerebrali e la rigenerazione dopo un ictus", spiega il medico.

Wälchli è attualmente medico junior presso il Dipartimento di Neurochirurgia dell'Ospedale Universitario di Zurigo e Junior Group Leader presso i Centri di Medicina Rigenerativa e di Neuroscienze dell'Università di Zurigo, dell'Ospedale Universitario di Zurigo e dell'ETH di Zurigo. Insieme ai suoi colleghi, sta lavorando per sviluppare ulteriormente il metodo in modo che possa essere utilizzato per caratterizzare la crescita dei vasi sanguigni nei tumori cerebrali. Ciò sarebbe utile nella ricerca di farmaci che attacchino i vasi sanguigni nel tumore ma non nel tessuto cerebrale sano.