Dalla biologia marina alla neuromodulazione: un piccolo organismo aiuta a capire come l'elettricità influenza i geni

I tunicati, invertebrati marini molto comuni nei nostri mari, sono i parenti più stretti dei vertebrati e costituiscono dei perfetti "laboratori" di studio per capire i meccanismi alla base delle diverse forme di demenza poiché condividono con i vertebrati molte caratteristiche genetiche e presentano una degenerazione del cervello simile a quella umana.

Tra i tunicati, il Botryllus schlosseri (botrillo) rappresenta un modello sperimentale emergente per lo studio dell'invecchiamento e dei processi neurodegenerativi ed è al centro dell'articolo appena pubblicato sulla rivista scientifica «Neurobiology of Disease» da un team di ricercatori dell'Università di Padova e la Statale di Milano che ha investigato gli effetti molecolari della stimolazione a corrente continua (Direct Current Stimulation – DCS) sul piccolo cordato marino coloniale.

La DCS è una tecnica di neuromodulazione non invasiva, utilizzata e studiata in ambito clinico per modulare l'attività del sistema nervoso nell'uomo. Nonostante il crescente interesse per questa tecnica, i meccanismi biologici che seguono la stimolazione, soprattutto su scala molecolare e nel tempo, non sono ancora pienamente chiariti.

I ricercatori dell'Università di Padova e la Statale di Milano hanno indagato, in vivo e su larga scala, come la stimolazione elettrica a corrente continua possa influenzare in modo dinamico l'attività dei geni nelle ore successive alla sua applicazione.

In questo studio, colonie di Botryllus sono state sottoposte a brevi periodi di stimolazione elettrica (0,5 mA per 30 minuti): i ricercatori hanno misurato parametri fisiologici e comportamentali (frequenza cardiaca e reattività del sifone orale, ovvero la "bocca" degli animali che compongono la colonia) nelle colonie stimolate rispetto a quelle di controllo (non trattate con la corrente) e analizzato la risposta molecolare a 3, 24 e 48 ore dalla stimolazione.

«Abbiamo osservato che una stimolazione elettrica non invasiva può modulare, nelle ore successive, l'espressione di centinaia di geni in un invertebrato marino – spiega Chiara Anselmi, prima autrice dello studio e ricercatrice al dipartimento di Biologia dell'Università di Padova –. Poiché Botryllus appartiene ai cordati, questo modello ci aiuta a interrogare in modo sperimentale programmi molecolari evolutivamente conservati che collegano neuromodulazione, risposta allo stress cellulare e funzioni neurali, offrendo indizi utili per capire come questi meccanismi si siano mantenuti lungo l'evoluzione e come possano agire nell'uomo».

I risultati hanno infatti evidenziato un aumento transitorio della frequenza cardiaca subito dopo la stimolazione, senza effetti duraturi sull'organismo o il comportamento. A livello molecolare, però, la DCS ha attivato una risposta più articolata: l'attività di numerosi geni è cambiata nel tempo, con 191 geni coinvolti dopo 3 ore, 104 dopo 24 ore e 529 dopo 48 ore. Le analisi indicano che questi cambiamenti interessano soprattutto meccanismi legati alla risposta immunitaria e infiammatoria, all'equilibrio ossidativo delle cellule e alla comunicazione tra neuroni. Dopo 48 ore, in particolare, emergono segnali collegati ai processi che regolano la sopravvivenza cellulare e il funzionamento dei mitocondri, le "centrali energetiche" delle cellule.

«Capire quali vie cellulari si attivino dopo la stimolazione è fondamentale per interpretare gli effetti della DCS e migliorare i protocolli applicati all'uomo – aggiunge Tommaso Bocci, primo autore e neurologo della Statale di Milano –. Un modello sperimentale come Botryllus permette di generare ipotesi in tempi brevi e di leggere risposte molecolari con un dettaglio temporale difficilmente ottenibile in altri contesti».

«Botryllus è un sistema sperimentale unico perché combina accessibilità in laboratorio e una straordinaria plasticità biologica, che si basa su processi naturali di rinnovamento e regressione dei tessuti – commenta Lucia Manni, corresponding author e docente al dipartimento di Biologia dell'Ateneo patavino –. Questo permette di osservare come programmi cellulari e molecolari si attivino o si spengano in modo controllabile, offrendo un punto di vista comparativo sui meccanismi che regolano mantenimento e vulnerabilità dei tessuti».

«Dati sperimentali che collegano la neuromodulazione a risposte molecolari misurabili aiutano a costruire un ponte tra ricerca di base e applicazioni cliniche. Questo tipo di evidenza è utile per chiarire i meccanismi d'azione e orientare in modo più mirato gli studi futuri» conclude il neurologo Alberto Priori, corresponding author e docente alla Statale di Milano.

Lo studio propone così Botryllus schlosseri come piattaforma preclinica complementare ad altri modelli animali per indagare gli effetti nel tempo della DCS e le loro traiettorie temporali, contribuendo a una comprensione più ampia di come la neuromodulazione possa influenzare programmi biologici conservati e potenzialmente rilevanti per la neuroprotezione.

Link allo studio: Direct current stimulation (DCS) modulates gene expression related to human diseases in the marine chordate Botryllus schlosseri – «Neurobiology of Disease» – 2026. Autori: Chiara Anselmi, Tommaso Bocci, Federico La Torre, Natale Vincenzo Maiorana, Emanuela De Lisa, Giacomo Sabbadin, Virginia Vanni, Luca Consuma, Matteo Guidetti, Lucia Manni, Alberto Priori