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Neuroscienze Tecnologie di supporto

Il cuore ha un suo mini-cervello: la scoperta che cambia la nostra visione dell’organismo

dettaglio anatomia cuore
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Scritto da Alessia Paradiso

Recentemente il cuore si è rivelato possedere un suo sistema nervoso integrato, nascosto negli strati superficiali della sua parete. Questo complesso reticolo di neuroni, a lungo considerato una semplice rete di trasmissione, si è dimostrato essere un elemento cruciale nella regolazione del battito cardiaco. È come se il cuore avesse sviluppato il suo “proprio cervello”, capace di operare indipendentemente dalle istruzioni centrali.

Tale scoperta ha aperto nuove prospettive sulla fisiologia cardiaca e ha gettato una luce inedita sull’interazione tra organi e sistemi del corpo umano. Il cuore non è più visto come un semplice muscolo pompa, ma come un organo dotato di una sua autonomia funzionale, capace di interagire con il resto dell’organismo in modi finora insospettabili.

Una mappa 3D per il mini-cervello del cuore

Il progresso scientifico ha fatto emergere una sorprendente verità: il cuore possiede un proprio sistema nervoso integrato, noto come il “mini cervello” dell’organo.

Questo complesso reticolo di neuroni svolge un ruolo cruciale nella regolazione del battito cardiaco e della salute dell’intero organismo. Recentemente, un team di ricercatori guidato da James Schwaber (Thomas Jefferson University, Philadelphia, USA) ha creato una mappa dettagliata di questo sistema nervoso intracardiaco (ICN) nei cuori di ratti – sia maschili che femminili – utilizzando una tecnica innovativa chiamata microscopia a scansione ad arco affilato (i.e., knife-edge scanning microscopy).

Sono state prodotte immagini 3D accurate del cuore ed è stata mappata sia l’organizzazione spaziale che le proprietà molecolari di ogni singolo neurone presente nell’ICN, nascosto negli strati superficiali della sua parete (Figura 1).

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Figura 1. Vista posteriore del cuore di un ratto maschio ricostruito in 3D. (A) Vista del cuore intero che mostra il contesto, l’estensione e la distribuzione dei neuroni cardiaci intrinseci (ICN – in giallo), situati sulle superfici superiore e posteriore degli atri. Credits: iScience

Il cuore non è quindi più visto come un semplice muscolo pompa, ma come un organo dotato di una sua autonomia funzionale e di capacità cognitive proprie. Questa ricerca rivoluziona la nostra comprensione dell’organismo, evidenziando l’esistenza di un complesso sistema di controllo locale all’interno dell’organo stesso.

Il funzionamento del mini-cervello cardiaco

Ancor più recentemente, un team di ricerca guidato dal Karolinska Institutet (Svezia) e dalla Columbia University (USA), ha individuato diversi tipi di neuroni nel cuore del modello animale di pesce zebra (ndr, zebrafish), apprezzato per la stretta somiglianza tra il suo ritmo cardiaco e le funzioni del cuore umano. Questi “nuovi” neuroni possiedono funzioni distinte, inclusa una popolazione dotata di proprietà pacemaker.

I ricercatori hanno presentato una tassonomia dettagliata dell’ICN, sviluppata attraverso l’integrazione di analisi di sequenziamento dell’RNA a singola cellula, studi anatomici e tecniche elettrofisiologiche. I risultati hanno rivelato una straordinaria diversità di tipi neuronali nell’ICN, superando le conoscenze precedenti.

È stato identificato un sottogruppo di neuroni con caratteristiche simili a quelle dei neuroni pacemaker e ritmogenici, analoghi a quelli osservati nelle reti generatrici di schemi centrali del sistema nervoso centrale.
Tali risultati evidenziano l’eterogeneità dell’ICN e il suo ruolo cruciale nella regolazione della ritmicità cardiaca.

La similarità col cuore umano

Il cuore del pesce zebra, un esempio di cuore vertebrato, è composto da quattro camere (sinus venosus, atrio, ventricolo e bulbo arterioso) connesse da valvole. Lo studio ha mappato l’innervazione del cuore adulto del pesce zebra, identificando la distribuzione dei neuroni intracardiaci attraverso etichettatura immunologica con i marcatori pan-neuronali HuC/D, NeuN e Zn-12. I neuroni HuC/D+ erano presenti in tutte le aree cardiache, con una maggiore concentrazione vicino alle valvole, in particolare nell’area della valvola seno-atriale, che forma il plesso seno-atriale (SAP) (Figura 2). Il 74,1% dei neuroni intracardiaci si trovava in questa regione, estendendosi per 80 μm dal centro della valvola. I neuroni nel SAP variavano per dimensioni, suggerendo la possibilità di differenze nelle proprietà molecolari e funzionali.

mini cervello cuore pesce zebra
Figura 2. Neuroanatomia del sistema nervoso intracardiaco del pesce zebra adulto. a) Presentazione codificata a colori delle principali regioni del cuore prototipo di pesce zebra adulto. b) Microfotografia rappresentativa a montaggio intero che illustra il modello generale di innervazione del cuore di pesce zebra adulto con immunocolorazione Zn-12 (processi neuronali) e HuC/D (somi neuronali). Le regioni attorno alle valvole che collegano le camere cardiache contengono la maggior parte dei somi neuronali HuC/D+ osservati (inserti i-iii). Credits (adapted from): Nature Communications

Nel cuore dei mammiferi, il nodo senoatriale ospita le cellule responsabili delle principali correnti del pacemaker cardiaco. Analogamente, nel cuore del pesce zebra esiste una struttura simile, sebbene più semplice, localizzata nel polo venoso.

Nel polo venoso si trovano cellule che co-esprimono il fattore di trascrizione ISL1 – un importante marcatore di cellule staminali di tipo progenitrici cardiache – e il canale ionico HCN4 – tipico delle cellule del pacemaker. Di conseguenza, i pesci zebra che hanno una mutazione per ISL1 presentano difetti cardiaci tra cui:

  1. incapacità di avviare la contrazione cardiaca,
  2. interruzioni regolari del battito,
  3. un’elevata mortalità, indicando un’attività pacemaker compromessa.

Le cellule pacemaker del nodo senoatriale rappresentano invece un tipo cellulare distinto, che condivide molte caratteristiche sia con i cardiomiociti che con i neuroni. Tuttavia, poiché le cellule che esprimono ISL1 nel cuore del pesce zebra non mostrano marcatori neuronali ma co-localizzano con cellule myl7+ (Myosin Light Chain 7, un marcatore dei cardiomiociti), ciò suggerisce che le cellule pacemaker del nodo senoatriale del pesce zebra abbiano una natura non neuronale – al contrario del polo venoso.

Conclusioni e sviluppi futuri

La classificazione e caratterizzazione presentate del sistema nervoso intracardiaco costituiscono una base preziosa per futuri approfondimenti sui meccanismi che regolano la funzione cardiaca e sulla fisiopatologia delle malattie cardiache correlate.

Il pesce zebra infatti, pur avendo un cuore tipico dei vertebrati con un unico atrio e un unico ventricolo, si può confermare un modello valido e promettente per gli studi cardiovascolari relativi all’uomo grazie alle numerose somiglianze con il cuore umano in termini di frequenza cardiaca, durata del potenziale d’azione dei cardiomiociti e morfologia. Di conseguenza, mappe neuronali del cuore che delineano caratteristiche strutturali, biochimiche e funzionali specifiche, come quelle presentate in questo lavoro, saranno fondamentali per orientare le ricerche future sullo sviluppo e sul funzionamento del sistema nervoso cardiaco.


Fonti e approfondimenti
  • iScience – A Comprehensive Integrated Anatomical and Molecular Atlas of Rat Intrinsic Cardiac Nervous System
  • Nature Communications – Decoding the molecular, cellular, and functional heterogeneity of zebrafish intracardiac nervous system
  • Immagine di copertina – immagine creata con intelligenza artificiale

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Informazioni autore

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Alessia Paradiso

Medical Writer per una multinazionale leader mondiale in sviluppo, produzione e commercializzazione di dispositivi medici per ortopedia e trauma.
Conseguita la laurea magistrale in Ingegneria Biomedica al Politecnico di Torino, prosegue con un Dottorato in Biomateriali fuori patria. Appassionata di informazione, mantiene un sguardo completo sul mondo biomedico con tanta curiosità.

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