Se vi siete mai chiesti perché abbiamo la pelle d'oca, non siete i soli: Charles Darwin ha riflettuto proprio su questo fenomeno nei suoi scritti sull'evoluzione.Mentre la pelle d'oca può proteggere dal freddo gli animali dal pelo folto, noi esseri umani sembriamo trarne pochi benefici. Perché, allora, è rimasta nel corso dell'evoluzione?
In un nuovo studio sui topi, i ricercatori di istituzioni quali l'Università di Harvard negli Stati Uniti e l'Università Nazionale di Taiwan in Cina hanno scoperto il motivo: il tipo di cellula responsabile della pelle d'oca è fondamentale anche per la regolazione delle cellule staminali che rigenerano i follicoli piliferi e i capelli.Sotto la pelle, il muscolo liscio responsabile della contrazione e della produzione della pelle d'oca, noto come muscolo erettore del pelo, funge da collegamento vitale tra il sistema nervoso simpatico e le cellule staminali dei follicoli piliferi. La risposta del sistema nervoso simpatico al freddo innesca sia la contrazione a breve termine dei muscoli erettori del pelo per creare la pelle d'oca, sia la promozione a lungo termine dell'attivazione delle cellule staminali dei follicoli piliferi e la crescita di nuovi capelli.Queste scoperte hanno permesso ai ricercatori di comprendere meglio come interagiscono i diversi tipi di cellule, collegando così l'attività delle cellule staminali ai cambiamenti nell'ambiente esterno. I risultati sono stati pubblicati online sulla rivista Cell il 16 luglio 2020, in un articolo intitolato "Cell Types Promoting Goosebumps Form a Niche to Regulate Hair Follicle Stem Cells" (I tipi di cellule che promuovono la pelle d'oca formano una nicchia per regolare le cellule staminali dei follicoli piliferi).
Il coautore Ya-Chieh Hsu, professore associato di biologia delle cellule staminali e rigenerativa all'Università di Harvard, ha dichiarato: "Da tempo siamo interessati a comprendere come il comportamento delle cellule staminali sia regolato da stimoli esterni. La pelle è un sistema affascinante: ospita molteplici popolazioni di cellule staminali circondate da diversi tipi di cellule vicine e funge da confine tra il nostro corpo e l'ambiente esterno.Di conseguenza, le sue cellule staminali possono rispondere a diversi stimoli provenienti dalla nicchia, dall'intero corpo o persino dall'ambiente esterno. In questo studio, abbiamo identificato un'interessante nicchia a doppio componente che non solo regola le cellule staminali in condizioni stabili, ma modula anche il loro comportamento in risposta alle fluttuazioni di temperatura esterne".
Un sistema che regola la crescita dei capelli
Molti organi sono costituiti da tre tipi di tessuto: epitelio, mesenchima e nervi. All'interno della pelle, questi tre tessuti si assemblano in una disposizione distintiva.Il sistema nervoso simpatico, parte del nostro sistema nervoso, governa l'equilibrio corporeo e le nostre risposte agli stimoli esterni. Si collega a minuscole cellule muscolari lisce all'interno del mesenchima, in particolare ai muscoli erettori del pelo menzionati in precedenza. Queste cellule muscolari lisce, a loro volta, si collegano alle cellule staminali dei follicoli piliferi. Queste cellule staminali epiteliali sono fondamentali per la rigenerazione dei follicoli piliferi e la riparazione delle ferite.
La connessione tra i nervi simpatici e questa muscolatura liscia è ben consolidata, poiché costituisce la base cellulare della pelle d'oca: il freddo attiva i segnali nervosi dei neuroni simpatici, provocando la contrazione di questa muscolatura liscia e il sollevamento dei peli.Tuttavia, esaminando la pelle ad altissima risoluzione con il microscopio elettronico, questi ricercatori hanno scoperto che i nervi simpatici non solo si collegano a questo muscolo liscio, ma formano anche collegamenti diretti con le cellule staminali del follicolo pilifero. Infatti, le fibre nervose avvolgono le cellule staminali del follicolo pilifero come un nastro.I neuroni regolano tipicamente le cellule eccitabili, proprio come altri neuroni o muscoli interagiscono tramite le sinapsi. Tuttavia, siamo rimasti sorpresi nello scoprire che formano strutture simili alle sinapsi con le cellule staminali dei follicoli piliferi, che non sono bersagli tipici dell'azione neuronale". Successivamente, i ricercatori hanno confermato che i nervi simpatici agiscono effettivamente sulle cellule staminali dei follicoli piliferi.Il sistema nervoso simpatico mantiene tipicamente un basso livello di attivazione sostenuta per preservare l'equilibrio corporeo. I ricercatori hanno scoperto che questa attività neurale di base mantiene le cellule staminali dei follicoli piliferi in uno stato di prontezza per la rigenerazione. Durante l'esposizione prolungata al freddo, i nervi simpatici mostrano un'attivazione accentuata, rilasciando una maggiore quantità di neurotrasmettitori che attivano rapidamente le cellule staminali. Questo innesca la rigenerazione dei follicoli e la crescita di nuovi capelli.
I ricercatori hanno anche studiato cosa mantiene la connessione tra i nervi simpatici e le cellule staminali dei follicoli piliferi. Quando hanno rimosso la muscolatura liscia attaccata ai follicoli piliferi, i nervi simpatici si sono ritirati e la connessione tra loro e le cellule staminali è andata persa. Ciò indica che questa muscolatura liscia è la struttura di supporto essenziale che collega i nervi simpatici ai follicoli piliferi.
Come nasce questo sistema
Oltre a studiare i follicoli piliferi completamente formati, i ricercatori hanno anche studiato come nasce inizialmente questo sistema, ovvero come la muscolatura liscia e i nervi simpatici arrivano per la prima volta al follicolo.Esso secerne una proteina che regola la formazione della muscolatura liscia, attirando successivamente i nervi simpatici. Nell'età adulta, questa interazione si inverte, con i nervi simpatici e la muscolatura liscia che regolano congiuntamente le cellule staminali del follicolo pilifero per rigenerare nuovi follicoli. Questo chiude l'intero ciclo: il follicolo pilifero in via di sviluppo sta creando il proprio microambiente".
Rispondere all'ambiente
Attraverso questi esperimenti, i ricercatori hanno identificato un sistema a due componenti che regola le cellule staminali del follicolo pilifero.I nervi simpatici fungono da componente di segnalazione che attiva le cellule staminali del follicolo pilifero tramite neurotrasmettitori, mentre la muscolatura liscia fornisce la componente strutturale che consente la connessione diretta delle fibre neurali a queste cellule. Shwartz ha osservato: "Le cellule staminali del follicolo pilifero possono essere modulate in molti modi, rendendole un modello straordinario per lo studio della rigenerazione dei tessuti. Questa particolare risposta si rivela molto utile per accoppiare la rigenerazione dei tessuti con cambiamenti esterni, come la temperatura".Si tratta di una risposta a due livelli: l'insorgere della pelle d'oca fornisce un rapido sollievo a breve termine. Ma quando il freddo persiste, diventa un meccanismo efficace che segnala alle cellule staminali dei follicoli piliferi che potrebbe essere il momento di rigenerare nuovo pelo".
In futuro, questi ricercatori approfondiranno lo studio di come l'ambiente esterno influenzi le cellule staminali della pelle, sia in condizioni di equilibrio che durante i processi di riparazione come la guarigione delle ferite.
"Viviamo in un ambiente in costante cambiamento", ha osservato Hsu. "Poiché la pelle è costantemente esposta al mondo esterno, questo ci offre l'opportunità di studiare i meccanismi che le nostre cellule staminali utilizzano per sincronizzare la produzione di tessuti con le esigenze in evoluzione, un processo vitale per gli organismi per prosperare in questo mondo dinamico".