Unità di Ricerca Asse cuore-cervello: meccanismi cellulari e molecolari

Responsabile

Silvia Stella Barbieri

L'attività di ricerca dell'Unità è focalizzata alla comprensione dell’interazione tra "cervello e cuore" nella patologia cardiovascolare, con un approccio che si estende da tecniche di tipo cellulari/molecolari a modelli animali di patologia e a studi nell’uomo.

L’obiettivo della ricerca è quello di identificare i meccanismi cellulari e molecolari attraverso cui fattori psicologici (es. ansia, depressione e stress ambientale), sofferenza e/o danno cerebrale, alterazioni epigenetiche e mutazioni di geni associati a disturbi dell'umore, da soli o in associazione ai fattori di rischio cardiovascolare tradizionali (es. diabete, dislipidemia, obesità, età ecc.) possano predisporre/promuovere il processo aterotrombotico.

Particolare attenzione è rivolta al duplice ruolo della piastrina in questo contesto, in quanto responsabile, interagendo con i leucociti e le cellule vascolari, del processo di formazione del trombo, della crescita, sviluppo e destabilizzazione della placca aterosclerotica, così come potenziale modulatrice della rigenerazione vascolare e miocardica.

In questo contesto, i principali temi di ricerca possono essere così riassunti:

  1. Impatto delle condizioni psicologiche sulla patologia cardiovascolare;
  2. Ruolo delle neurotrofine nella patologia cardiovascolare;
  3. Comunicazione cellula-cellula nell’infarto al miocardio e nella trombosi.

Progetti

  • Impatto delle condizioni psicologiche sulla patologia cardiovascolare

    Le malattie cardiovascolari e i disturbi neuropsichiatrici e comportamentali rappresentano oggi patologie con un elevato impatto socio-economico sulla società essendo tra le principali cause di mortalità e morbilità.

    Negli ultimi anni si è assistito ad un crescente interesse nella relazione tra malattie della sfera psichiatrica-comportamentale e quelle cardiovascolari. E’ stato infatti dimostrato come stress, ansia e depressione possano predisporre allo sviluppo delle cardiopatie, tanto che i disturbi della sfera emotiva rientrano ormai a pieno titolo nella categoria dei fattori di rischio cardiovascolare.

    Studi epidemiologici hanno evidenziato che la presenza concomitante di malattie neuropsichiatriche e cardiovascolari peggiori il quadro clinico di questi pazienti influenzandone, tra l’altro, l’effetto delle terapie farmacologiche tradizionali che spesso risultano inefficaci.

    A seguito di uno stimolo esterno, il sistema nervoso centrale attiva il sistema adrenergico e l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene rilasciando messaggeri chimici, detti neurotrasmettitori. Queste molecole agiscono a livello cardiovascolare determinando l’alterazione transitoria di alcuni parametri come pressione o ritmo cardiaco, ma anche molecolare attivando ad esempio le piastrine e la cascata della coagulazione. Nel caso in cui vi sia un aumento persistente nel rilascio di neurotrasmettitori, come accade in condizioni di stress cronico, le alterazioni possono costituire la base per l’insorgenza e la progressione delle malattie cardiovascolari, alterando meccanismi molecolari interni ad ogni singola cellula che rimangono ancora sconosciuti.

    Obiettivo di questo studio è quello di identificare i meccanismi molecolari attraverso cui disturbi dell’umore, come ansia, depressione e stress, possano non solo accelerare l’inizio e la progressione delle malattie cardiovascolari, ma anche modificarne la risposta ai trattamenti farmacologici. Particolare attenzione è rivolta al ruolo della piastrina in tale contesto e della loro rilevanza nella patologia cardiovascolare. Inoltre, mediante la stretta collaborazione con team di psicologi e clinici del Centro Cardiologico Monzino ci si prefigge di individuare nuovi targets che possano rappresentare l’obiettivo di nuovi trattamenti farmacologici utili a contrastare l’insorgenza e la progressione delle malattie cardiovascolari in associazione a quelle neuropsichiatriche e comportamentali.


    Ruolo delle neurotrofine nella patologia cardiovascolare

    Le neurotrofine svolgono un ruolo importante nella fisio-patologia del sistema cardiovascolare. In particolare, influenzano lo sviluppo del cuore, dei vasi sanguigni e dei circuiti neurali che controllano la funzione cardiovascolare, così come sono coinvolte nell’omeostasi del sistema cardiovascolare adulto. Cambiamenti nell'espressione e nell'attività delle neurotrofine e/o dei loro recettori sono osservati nella patologia cardiovascolare, inclusi aterosclerosi, ipertensione, diabete, infarto miocardico acuto e insufficienza cardiaca. È interessante notare che una variazione nella sequenza del gene umano codificante per la neurotrofina BDNF (brain-derived neurotrophic factor) denominato polimorfismo BDNF Val66Met, sia associato all’aumentata insorgenza di disturbi psichiatrici, come la depressione, e a infarto miocardico acuto (Amadio P et al, Eur Heart J, 2017). Il polimorfismo BDNF Val66Met sembrerebbe predisporre contemporaneamente, almeno in un modello sperimentale, ad ansia, depressione, iper-reattività piastrinica e a uno stato iper-procoagulante e pro-infiammatorio con conseguente predisposizione alla trombosi.

    Questo studio ha l’obbiettivo di comprendere l’impatto delle neurotrofine, in particolare del BDNF e dei suoi precursori nella patologia cardiovascolare. Con la collaborazione di partners di rinomata rilevanza scientifica nazionale e internazionale, stiamo studiando la relazione tra polimorfismi genetici, modificazioni epigenetiche del BDNF e cardiopatie, focalizzandoci sui meccanismi che regolano il rilascio in circolo di questa neurotrofina e dei suoi precursori, così come il loro effetto sulla megacariopoiesi e sull’attivazione piastrinica, leucocitaria ed endoteliale. Inoltre, particolare attenzione è rivolta alla comprensione dei meccanismi molecolari con cui il polimorfismo BDNFVal66Met moduli la trombosi e l’infarto coronarico.


    Comunicazione cellula-cellula nell’infarto al miocardio e nella trombosi

    L'interazione e la comunicazione cellula-cellula (es. piastrine, globuli rossi, leucociti e cellule endoteliali, cellule muscolari lisce, cardiomiociti, fibroblasti) svolgono un ruolo essenziale nella rottura/stabilizzazione della placca aterosclerotica, formazione/risoluzione del trombo arterioso e venoso, danneggiamento/rigenerazione/riparazione dopo infarto del miocardio e ictus.

    Inoltre, una comunicazione dinamica tra il cuore e gli altri organi, in particolare il cervello, avviene costantemente per mantenere l'omeostasi cardiovascolare. Recenti evidenze cliniche e sperimentali suggeriscono l’esistenza di una relazione causale tra "danno cerebrale" e malattie cardiovascolari spesso associata ad un aumento della morbilità e della mortalità. Tuttavia, i meccanismi attraverso i quali il cervello “sofferente” influenzi la funzione cardiovascolare non sono pienamente compresi.

    Il nostro gruppo, in collaborazione con le diverse Unità di Ricerca e Cliniche del Centro Cardiologico Monzino, si prefigge di identificare e caratterizzare i meccanismi di comunicazione tra cellule di uno stesso tessuto (es. cellule del sangue, endotelio, etc), ma anche di tessuti differenti (es. cuore, vaso, sangue e cervello), focalizzandosi sul rilascio di fattori solubili e/o vescicole extracellulari (in particolare gli esosomi), e come questi possano impattare positivamente e/o negativamente sulla prognosi del paziente cardiopatico.

    In questo contesto, particolare attenzione è rivolta alle piastrine, da sempre considerate, in virtù della loro similitudine ai neuroni, lo specchio periferico della situazione cerebrale. In fatti, piastrine e neuroni condividono la stessa origine embrionale, l’espressione di numerosi neurotrasmettitori (ammine biogene, amminoacidi e peptidi), e dei loro trasportatori e recettori.

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Staff

  • Patrizia Amadio, PhD

    Marta Zarà, PhD

    Leonardo Sandrini, PhD student