Lo studio ha collegato specifici modelli di connettività cerebrale nell’autismo a differenti meccanismi molecolari sottostanti, offrendo una base biologica per approcci di medicina di precisione.
Un gruppo di ricerca internazionale coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) a Rovereto (TN) e dal Child Mind Institute a New York, con la collaborazione dell’Università di Trento, ha dimostrato che è possibile individuare almeno due sottotipi distinti di autismo, sulla base del numero e della tipologia delle connessioni tra aree del cervello. Nel tipo “iperconnesso” le aree del cervello comunicano più del normale, mentre nel tipo “ipoconnesso” la comunicazione tra aree del cervello è ridotta. Lo studio si propone di contribuire allo sviluppo di metodi per cure e supporti precisi e personalizzati dell’autismo. L’articolo scientifico è stato pubblicato sulla rivista internazionale Nature Neuroscience
Lo studio, coordinato da Alessandro Gozzi, PhD, direttore del Center for Neuroscience and Cognitive Systems (CNCS) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), e da Adriana Di Martino, MD, fondatrice e direttrice di ricerca presso l’Autism Center del Child Mind Institute, rappresenta il primo sforzo sistematico volto a decodificare le strutture cerebrali evidenziate dalla risonanza magnetica funzionale (fMRI) nell’essere umano, riconducendoli ai loro meccanismi molecolari, attraverso l’osservazione dei modelli murini. Il collegamento tra i modelli di connettività cerebrali a specifici percorsi biologici offre, inoltre, un’importante base per lo sviluppo in futuro di approcci di medicina di precisione.
Il gruppo di ricerca ha analizzato la connettività funzionale in 20 modelli murini e le scansioni cerebrali di 940 bambini e giovani adulti con autismo, confrontandole con quelle di oltre 1.000 individui neurotipici. I risultati hanno rivelato due sottotipi riproducibili di autismo: uno caratterizzato da una ridotta connettività cerebrale (ipoconnettività) associata a percorsi sinaptici, e l’altro da una maggiore connettività (iperconnettività) collegata al sistema immunitario. Nel complesso, questi sottotipi hanno rappresentato circa il 25% degli individui con autismo esaminati nello studio.
«Per decenni abbiamo osservato un’enorme variabilità nel modo in cui l’autismo si manifesta, ma ci mancavano prove dirette che queste differenze riflettessero una distinta biologia sottostante», ha dichiarato il dottor Alessandro Gozzi dell’Istituto Italiano di Tecnologia. «Il nostro approccio ci ha permesso di isolare specifici fattori genetici e immunitari e, traducendo queste caratteristiche nelle scansioni cerebrali umane, abbiamo mostrato che differenti modelli di connettività corrispondono a diversi percorsi meccanicistici alla base dell’autismo.»
Il team ha combinato imaging cerebrale con analisi genetiche e biochimiche nei modelli murini, collegando i modelli di connettività a specifiche alterazioni della funzione cellulare. Questo ha permesso di capire come particolari vie molecolari, comprese quelle sinaptiche e immunitarie, si manifestino come distinti schemi di connettività osservabili tramite risonanza magnetica funzionale (fMRI). Lo studio ha definito modelli biologici di riferimento nei modelli murini che hanno guidato l’identificazione dei sottotipi nelle scansioni cerebrali umane.
«I modelli murini ci hanno fornito una sorta di “Stele di Rosetta” biologica», ha dichiarato la dott.ssa Adriana Di Martino del Child Mind Institute. «Abbiamo potuto osservare quali vie biologiche determinano specifiche firme di connettività e poi cercare quegli stessi schemi negli esseri umani.»
I dati umani provenivano dall’Autism Brain Imaging Data Exchange (ABIDE) — una pionieristica iniziativa di neuroimaging cofondata dalla dott.ssa Di Martino che aggrega dataset provenienti da laboratori di ricerca di tutto il mondo — e dal Child Mind Institute.
Le analisi hanno identificato nei dati umani corrispondenti sottotipi di ipo- e iperconnettività. Le analisi dell’espressione genica hanno confermato che le regioni cerebrali umane caratterizzate da ipoconnettività erano arricchite di geni sinaptici, mentre le regioni iperconnesse mostravano un arricchimento di geni correlati al sistema immunitario, rispecchiando i meccanismi identificati nei modelli murini. È importante sottolineare che i sottotipi sono risultati riproducibili in dataset indipendenti, confermandone la coerenza biologica.
«Trovare gli stessi sottotipi riproducibili in decine di siti di ricerca indipendenti è stata una validazione cruciale», ha aggiunto il dottor Gozzi.
I due sottotipi mostravano una diversa architettura funzionale cerebrale e differenze moderate nelle valutazioni standardizzate dell’autismo, con il sottotipo caratterizzato da iperconnettività che otteneva punteggi moderatamente più elevati nelle misure di gravità dell’autismo.
«I marcatori biologici basati sul cervello rivelano differenze che le attuali valutazioni comportamentali non riescono a cogliere pienamente», ha osservato la dott.ssa Di Martino.
I ricercatori sottolineano che, sebbene questi risultati identifichino due modelli predominanti di connettività cerebrale nell’autismo, la piena diversità dello spettro probabilmente comprende ulteriori sottotipi che potranno emergere grazie a dataset più ampi e ad approcci analitici più raffinati.
La ricerca è stata resa possibile da una collaborazione internazionale coordinata dall’Istituto Italiano di Tecnologia e dal Child Mind Institute, con il sostegno della Simons Foundation Autism Research Initiative, dello European Research Council attraverso i progetti #DISCONN e #BRAINAMICS, della Brain and Behavior Foundation, della Fondazione Telethon e del National Institute of Mental Health degli Stati Uniti.
