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Colonna uno: in che modo il COVID-19 cambia il cervello? Questo scienziato lo sta scoprendo

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In una stanza fredda come un frigorifero, Dr. Maura Boldrini si china su una scatola di plastica piena di pallide fette di cervello umano, ogni pezzo annidato nel proprio minuscolo scomparto pieno di liquido.

Gesticola con le dita guantate di viola: ecco le pieghe della corteccia, dove ha luogo la cognizione superiore. C’è il putamen, che aiuta i nostri arti a muoversi. Ecco l’amigdala che elabora le emozioni, con le sue protuberanze rivelatrici.

Ogni pezzo in questa scatola proveniva da un singolo cervello, uno il cui proprietario è morto di COVID-19.

Ci sono altre dozzine di contenitori come quelli impilati nei congelatori nel laboratorio di Boldrini presso l’Istituto Psichiatrico dello Stato di New York.

“Ognuna di queste scatole è una persona”, dice con un cadenzato accento italiano. Ciascuno svolgerà un ruolo cruciale nell’aiutare a svelare gli impatti di COVID-19 sul cervello.

La malattia potrebbe essere meglio conosciuta per la sua capacità di privare le persone del respiro, ma con la diffusione della pandemia, i pazienti hanno iniziato a segnalare una serie sconcertante di problemi cognitivi e psichiatrici: vuoti di memoria, affaticamento e una confusione mentale che è diventata nota come nebbia cerebrale. C’erano anche problemi più acuti, tra cui paranoia, allucinazioni, pensieri suicidi e psicosi.

Questa strana costellazione di sintomi ha portato i ricercatori a sospettare che la malattia stia attaccando direttamente il cervello. I ricercatori vogliono capire come e quali potrebbero essere gli effetti a lungo termine dell’assalto.

Boldrini, neuroscienziato della Columbia University, studia la biologia del suicidio e i marcatori fisiologici della resilienza nel tessuto cerebrale. È anche una psichiatra praticante.

Questa combinazione la rende particolarmente adatta per indagare sulle basi del “lungo COVID”. Ha raccolto più di 40 cervelli dalle vittime di COVID-19 per guidarla nella sua ricerca.

La Dott.ssa Maura Boldrini con vetrini di tessuto cerebrale

La dottoressa Maura Boldrini cataloga il tessuto cerebrale delle vittime del COVID-19. “Abbiamo molto lavoro da fare”, dice.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Ciò che Boldrini e i suoi colleghi apprendono potrebbe avere implicazioni ben oltre il COVID-19, facendo luce sulla malattia mentale, sulle origini della demenza e sulla miriade di modi in cui le infezioni virali colpiscono il cervello.

Per svelare i segreti della malattia, dovranno smontare attentamente ogni cervello, contare le sue cellule, tracciare la sua espressione genica e documentare le sue proteine.

“Abbiamo molto lavoro da fare”, dice Boldrini.

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New York City è stato uno dei primi bersagli del coronavirus e non ci è voluto molto perché Boldrini notasse problemi sorprendenti tra i pazienti COVID-19, tra cui umore grave e sintomi psichiatrici.

“Sintomi molto strani”, ricorda, resi ancora più strani perché si manifestavano in persone senza storia personale o familiare di tali problemi. Ad aumentare il mistero c’era la comparsa di queste condizioni relativamente tardi nella vita di un paziente piuttosto che nell’adolescenza e nella prima età adulta.

Sento che questo terrore che provo è qualcosa di organico nel mio cervello, un paziente le ha detto. Psicologicamente, non sono in ansia per niente.

“È un tipo di sintomatologia molto diverso rispetto alle persone che hanno un’ansia normale”, afferma Boldrini.

La Dott.ssa Maura Boldrini spiega la sua ricerca

Boldrini spiega la sua ricerca sui sintomi psichiatrici osservati nei pazienti COVID-19. La malattia potrebbe essere meglio conosciuta per la sua capacità di privare le persone del respiro, ma molti pazienti riferiscono una serie di problemi cognitivi e psichiatrici: vuoti di memoria, affaticamento e una confusione mentale che è diventata nota come nebbia cerebrale.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Poi c’erano i casi più rari, ma più inquietanti, di ideazione suicidaria.

Boldrini non ha incontrato un paziente COVID-19 morto per suicidio. Ma un caso ha colpito la sua università vicino a casa: La dottoressa Lorna Breen, un medico del pronto soccorso della Columbia che ha lavorato in prima linea prima di ammalarsi durante la prima ondata brutale della pandemia.

Breen era una dottoressa di talento e dedicata che ha iniziato a praticare snowboard e salsa nel suo tempo libero. Poco dopo essere tornata al lavoro, la sua salute mentale si è deteriorata ed è morta suicida in poche settimane.

“Aveva il COVID e credo che le abbia alterato il cervello”, ha detto sua sorella Jennifer Feist a “Today” della NBC l’anno scorso.

Se é cosi, come?

I ricercatori hanno trovato segni che il virus può stabilire una sorta di punto d’appoggio alla periferia del cervello, dove la barriera protettiva emato-encefalica si apre per consentire alle molecole chiave di scivolare attraverso. Uno di questi luoghi è il bulbo olfattivo, che può essere raggiunto attraverso il naso, un fatto che potrebbe spiegare perché così tanti pazienti COVID-19 perdono il senso dell’olfatto.

Eppure gli scienziati hanno finora trovato poche prove che il virus penetri più in profondità. Invece, hanno visto il tipo di danno causato dagli ictus, così come i coaguli di sangue che potrebbero averli provocati.

Questo è uno dei motivi per cui Boldrini e molti altri sospettano che l’infiammazione – la risposta del sistema immunitario a un invasore – possa svolgere un ruolo essenziale nel danno cerebrale sperimentato dai pazienti COVID-19.

L’infiammazione può innescare coaguli di sangue e, una volta che si forma un coagulo, l’infiammazione aumenta intorno ad esso. È simile a quello che si vede nelle persone che subiscono lesioni cerebrali traumatiche, inclusi giocatori di football, veterani dell’esercito e vittime di incidenti stradali.

“Le persone che hanno questo tipo di trauma nel cervello si sono presentate con improvvisi cambiamenti nel comportamento e nella personalità, suicidio e altri sintomi cerebrali”, afferma Boldrini. È stranamente simile a quello che affrontano molti pazienti COVID-19 – e lei non pensa che sia una coincidenza.

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Per ottenere una comprensione più profonda di ciò che sta accadendo a livello cellulare e molecolare, gli scienziati devono studiare il cervello delle persone morte di COVID-19. Ma Boldrini preferisce non lavorare con cervelli raccolti da altri: deve sapere tutto su come il tessuto è stato raccolto e conservato in modo da poter capire i risultati dei suoi esperimenti.

“A seconda di come congeli, conservi e aggiusti il ​​cervello, puoi ottenere risultati molto diversi”, dice.

Alla Columbia, lei e i suoi colleghi esaminano i tessuti delle autopsie, quindi hanno il controllo completo su come viene gestito il prezioso tessuto.

Boldrini vuole sapere quali geni si stavano esprimendo; tracciare i marcatori molecolari dell’infiammazione; per vedere come si comportavano le microglia, le cellule immunitarie del cervello; e per documentare lo stato dei neuroni e le loro connessioni tra loro.

Suzuka Nitta prepara un pezzo di tessuto cerebrale

Suzuka Nitta prepara il tessuto cerebrale di una vittima di COVID-19 per essere affettato sottilmente per l’esame.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Mappare gli effetti multiformi di una malattia è un’impresa ambiziosa e richiede un lavoro scrupoloso. Uno degli studenti che lavorano nel laboratorio inizia prendendo un campione di amigdala smerlato e montandolo su un letto di ghiaccio secco. Goccia a goccia, ricopre il tessuto di acqua zuccherata, che alla fine congela e mantiene il campione in posizione.

Successivamente, taglia pezzi di soli 50 micron di spessore, abbastanza larghi da contenere un singolo strato di cellule cerebrali. Ogni taglio fragile viene quindi immerso in acqua e centrato su un vetrino con pennelli a punta fine.

Un campione di tessuto cerebrale

Un campione di tessuto cerebrale viene montato su un vetrino.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

I vetrini sono colorati con coloranti che consentono ai ricercatori di vedere diversi tipi di cellule nel tessuto. Queste cellule vengono contate al microscopio, in parte dall’occhio umano e in parte con l’aiuto di un algoritmo informatico.

Boldrini guarda oltre la spalla dello studente una delle diapositive ingrandite sullo schermo di un computer. Questa fetta di tessuto cerebrale assomiglia a una cotta galattica di stelle tese in un cielo oscurato: le stelle blu sparse sono glia, le cellule protettive del cervello. Quelli verdi sono neuroni, densamente impacchettati insieme. Le stelle rosse sono neuroni giovani e immaturi.

“È bellissimo”, dice Boldrini. “L’anatomia è molto bella.”

La dottoressa Maura Boldrini esamina un'immagine di cellule cerebrali

Boldrini esamina un’immagine di cellule cerebrali.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

Le stelle rosse sono le più rare delle tre e sono ancora più sparse in molti pazienti che avevano COVID-19, circa 10 volte meno abbondanti. Questo è un problema perché questi giovani neuroni sono necessari per l’apprendimento e la memoria, per affrontare lo stress e per integrare i ricordi con le emozioni.

Boldrini sospetta che queste cellule immature siano intrappolate dagli ormoni dello stress e dall’infiammazione.

“Questo spiegherebbe la nebbia del cervello”, dice.

Pochi giorni prima, i ricercatori hanno seguito gli stessi passaggi con l’ippocampo, una struttura cerebrale minuscola e delicata coinvolta nell’umore e nella memoria.

Altri scienziati hanno scoperto che il COVID-19 danneggia l’ippocampo. Ciò potrebbe aiutare a spiegare perché alcuni pazienti hanno problemi persistenti con depressione e ansia.

Se questo danno è causato da un’infiammazione, probabilmente provoca il caos in diversi modi. Gli scienziati sospettano che interrompa il flusso di serotonina, un ormone implicato nella depressione, e spinga il corpo a produrre invece la chinurenina, anche se è tossica per i neuroni.

L’infiammazione innesca anche la coagulazione, creando coaguli che possono bloccare il flusso sanguigno alle cellule e ucciderle. E attiva la microglia, che potrebbe tentare di rimuovere più neuroni del normale.

Il lavoro di Boldrini aiuterà gli scienziati a districare i fattori che causano quel danno.

“Lei è un’esperta in questo”, dice Dr. James Goldman, neuropatologo della Columbia University. “Non vediamo l’ora di vedere cosa si inventa.”

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In una stanza vicina, l’assistente di ricerca Cheick Sissoko controlla se i frammenti di DNA ottenuti dal tessuto sono troppo grandi o troppo piccoli per un’analisi corretta. Se sono della giusta dimensione, Sissoko li utilizzerà per comprendere meglio l’espressione genica in queste cellule cerebrali, in particolare nei giovani neuroni che sembrano subire un duro colpo nei pazienti COVID-19.

“Idealmente, possiamo guardare ogni singolo gene espresso da una singola cellula”, dice.

Boldrini e l'assistente di ricerca Cheick Sissoko

Boldrini e l’assistente di ricerca Cheick Sissoko si confrontano sullo stato di avanzamento del loro lavoro.

(Kirk McKoy / Los Angeles Times)

In altri giorni, Sissoko si concentra sull’RNA, la molecola che aiuta a trasformare le istruzioni del DNA in vere proteine. L’RNA contenuto nel tessuto cerebrale può fornire indizi sugli allarmi che sono stati attivati ​​nel corpo in risposta al coronavirus e su come il corpo ha reagito a una minaccia percepita.

Sissoko utilizza una nuova tecnica sofisticata per sequenziare l’RNA diapositiva per diapositiva. Ciò gli consente di vedere come cambia l’espressione dell’RNA in diverse parti del cervello.

COLONNA UNO

Una vetrina per una narrazione avvincente dal Los Angeles Times.

In definitiva, i ricercatori mirano a combinare i dati su RNA, microglia, neuroni nuovi e maturi e le connessioni che creano per creare un ritratto di un cervello devastato dal COVID-19.

Confrontando il cervello di pazienti affetti da COVID-19 con e senza sintomi neurologici, Boldrini spera di far luce sul ruolo dell’infiammazione in un’ampia gamma di malattie neurodegenerative, dalla depressione alla demenza.

“Questa pandemia è quasi come un esperimento naturale in cui hai molte infiammazioni in un modo molto insolito”, dice. “Speriamo che questo chiarirà alcuni meccanismi di danno cerebrale indipendentemente dal COVID stesso”.

Ciò, a sua volta, può aiutare le persone a capire che la salute mentale è una parte cruciale della salute fisica.

“Penso che questo potrebbe essere molto utile per combattere lo stigma contro le malattie psichiatriche”, dice Boldrini. “Il cervello è un organo, come tutti gli altri”.

Dott. Christian Hicks Puig, uno psichiatra del Columbia Medical Center che lavora presso la lunga clinica COVID, è d’accordo. Molti problemi di salute mentale sono radicati nei processi biologici. “È tutto estremamente interconnesso”, dice.

Poiché ricercatori come Boldrini mappano l’attacco al cervello di COVID-19, possono aiutare i medici a comprendere più a fondo la relazione tra salute mentale, salute cognitiva e malattia. Possono anche ottenere informazioni sui bisogni a lungo termine dei sopravvissuti al COVID-19.

Questo progresso non sarebbe possibile senza il contributo di coloro che non ce l’hanno fatta, dice Goldman.

“Siamo molto, molto grati alle famiglie che ci hanno permesso di fare queste autopsie”, dice.

Boldrini è d’accordo, aggiungendo che lei e altri sentono un’immensa pressione per maneggiare questi organi con cura.

“Queste sono persone”, dice. Quello che rivelano sul COVID-19 è cruciale. Ciò che rappresentano è insostituibile.


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