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Il naso di un topo ospita circa 20 milioni di neuroni olfattivi che esprimono più di mille tipi diversi di recettori per gli odori. Per confronto, la visione dei colori si regge su appena tre tipi di recettori. Questa sproporzione spiega perché, dal 1991 (anno in cui furono identificati i primi recettori olfattivi) fino a oggi, l’olfatto è rimasto l’unico senso privo di una mappa anatomica chiara. Un lavoro pubblicato il 28 aprile su Cell dal gruppo di Sandeep Robert Datta alla Harvard Medical School colma questa lacuna, mostrando che i neuroni nel naso non sono distribuiti a caso ma organizzati in strisce orizzontali precise.
“L’olfatto è super-misterioso”, ha dichiarato Datta, professore di neurobiologia al Blavatnik Institute. Per decenni gli scienziati avevano descritto la disposizione dei recettori della retina, della coclea e della pelle, riuscendo a tracciare il percorso dei segnali fino alle aree cerebrali corrispondenti. Per il naso, invece, le prime osservazioni avevano suggerito che i recettori fossero confinati in poche zone ampie e distribuiti in modo sostanzialmente casuale al loro interno.
Una mappa ricavata da 5,5 milioni di neuroni
Per rivedere la questione, il team ha analizzato circa 5,5 milioni di neuroni prelevati da oltre 300 topi, combinando due tecniche: il sequenziamento a singola cellula, che identifica quale recettore esprime ciascun neurone, e la trascrittomica spaziale, che indica dove quel neurone si trova fisicamente nel tessuto. “Questo è probabilmente il tessuto neurale più sequenziato di sempre, ma ci serviva questa scala di dati per comprendere il sistema”, ha spiegato Datta.
Il risultato è una struttura nascosta ma molto regolare. I neuroni che esprimono lo stesso tipo di recettore si raggruppano in strisce orizzontali sottili, parzialmente sovrapposte, che attraversano l’epitelio olfattivo dall’alto verso il basso. La disposizione è coerente da un animale all’altro e, dato cruciale, corrisponde alle mappe già note del bulbo olfattivo, la prima stazione di elaborazione degli odori nel cervello. In altre parole, l’organizzazione spaziale del naso e quella del cervello sono allineate, come accade per vista, udito e tatto.
“I nostri risultati portano ordine in un sistema che si pensava ne fosse privo, e questo cambia concettualmente il modo in cui crediamo funzioni”, ha aggiunto Datta, autore senior dello studio.
L’acido retinoico come bussola dello sviluppo
Resta da capire come questa precisione si costruisca durante lo sviluppo. Il gruppo ha individuato nell’acido retinoico, una molecola che regola l’attività dei geni, uno dei segnali chiave. All’interno del naso si forma un gradiente di questa sostanza, e la posizione di ciascun neurone lungo quel gradiente sembra determinare quale recettore verrà espresso.
La prova è arrivata dagli esperimenti di manipolazione: aumentando o riducendo i livelli di acido retinoico, l’intera mappa dei recettori si spostava verso l’alto o verso il basso, come se l’asse di riferimento traslasse. “Mostriamo che lo sviluppo può organizzare mille recettori diversi in una mappa incredibilmente precisa, coerente tra individui”, ha commentato Datta. Un secondo studio, guidato da Catherine Dulac del Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare di Harvard e pubblicato nello stesso numero di Cell, è giunto a conclusioni compatibili.
Perché la mappa era rimasta invisibile
La ragione del ritardo storico è soprattutto tecnica. Con tre soli tipi di coni nella retina, basta seguire pochi marcatori per ricostruire la mappa visiva. Con oltre mille recettori olfattivi, ognuno sintonizzato su uno specifico gruppo di molecole odorose, serviva una potenza analitica che fino a pochi anni fa non esisteva. Le tecniche genetiche e di imaging spaziale di nuova generazione hanno permesso di guardare contemporaneamente identità e posizione di milioni di cellule, rivelando un ordine che le indagini precedenti, limitate a campioni più piccoli, scambiavano per rumore.
Implicazioni per la perdita dell’olfatto
La perdita dell’olfatto, diventata un tema di salute pubblica anche per la sua associazione con varie condizioni neurologiche e infettive, dispone oggi di poche opzioni terapeutiche. Comprendere come i recettori si dispongono e come dialogano con il bulbo olfattivo è un passaggio preliminare per pensare a interventi mirati: terapie con cellule staminali per rigenerare l’epitelio, oppure interfacce cervello-computer capaci di restituire una percezione olfattiva. Un percorso di ricerca che ricorda altri recenti successi nel ripristino di funzioni biologiche perdute, come il caso del tessuto congelato in età pediatrica e riattivato anni dopo.
I ricercatori stanno ora studiando perché le strisce di recettori compaiano in quel particolare ordine e se una struttura analoga esista anche nell’uomo. “L’olfatto ha un effetto profondo e pervasivo sulla salute umana, quindi ripristinarlo non riguarda solo il piacere e la sicurezza ma anche il benessere psicologico”, ha concluso Datta. “Senza capire questa mappa, siamo destinati a fallire nello sviluppo di nuovi trattamenti”.