Svelato uno dei più grandi misteri dei sensi: come è organizzato l’olfatto

“L’olfatto è estremamente misterioso”, ha affermato Sandeep (Robert) Datta, professore di neurobiologia presso il Blavatnik Institute della Harvard Medical School. Rispetto alla vista, all’udito e al tatto, la biologia di base dell’olfatto è rimasta meno compresa.

Gli scienziati creano la prima mappa dettagliata dei recettori olfattivi

In un nuovo studio condotto sui topi, Datta e i suoi colleghi hanno realizzato la prima mappa dettagliata che mostra come sono disposti all’interno del naso oltre mille tipi di recettori olfattivi.

Ciò che hanno scoperto mette in discussione ipotesi consolidate da tempo. Invece di essere distribuiti in modo casuale, i neuroni che portano questi recettori sono altamente organizzati. Formano bande orizzontali, o strisce, che si estendono dalla parte superiore del naso a quella inferiore, raggruppate per tipo di recettore.

“I nostri risultati mettono ordine in un sistema che in precedenza si riteneva privo di ordine, cambiando concettualmente il modo in cui pensiamo che funzioni”, ha affermato Datta, autore senior dello studio.

I ricercatori hanno inoltre dimostrato che questa mappa nel naso si allinea con le mappe corrispondenti nel bulbo olfattivo del cervello. Questa connessione offre nuove prospettive su come le informazioni olfattive viaggiano dal naso ai circuiti neurali.

I risultati sono stati pubblicati il ​​28 aprile sulla rivista Cell .

La lunga ricerca di una mappa degli odori

Gli scienziati sanno da tempo come sono disposti i recettori sensoriali negli occhi, nelle orecchie e nella pelle, e come questi schemi si connettono al cervello. L’olfatto ha rappresentato un’eccezione.

“L’olfatto è stata l’unica eccezione; è il senso che per più tempo è rimasto senza una mappa”, ha affermato Datta.

Una delle ragioni è la complessità. I ​​topi hanno circa 20 milioni di neuroni olfattivi, ognuno dei quali esprime uno degli oltre mille tipi di recettori esistenti. Al contrario, la visione dei colori nell’uomo si basa su soli tre tipi principali di recettori. Ogni recettore olfattivo rileva una serie specifica di molecole odorose, rendendo il sistema molto più complesso.

I ricercatori hanno iniziato a identificare i recettori olfattivi nel 1991. Nei decenni successivi, hanno cercato di individuare degli schemi nella disposizione di questi recettori. Studi precedenti suggerivano che i recettori fossero presenti solo in poche ampie zone, portando all’idea che la loro collocazione fosse perlopiù casuale.

Con la disponibilità di nuovi strumenti genetici, il team di Datta ha ripreso in esame la questione utilizzando metodi più potenti.

Uno schema nascosto svelato in milioni di neuroni

Il team ha analizzato circa 5,5 milioni di neuroni in oltre 300 topi. Hanno combinato il sequenziamento a singola cellula, che identifica quali recettori esprime ciascun neurone, con la trascrittomica spaziale, che individua la posizione precisa di tali neuroni.

“Si può affermare che questo è probabilmente il tessuto neurale più sequenziato di sempre, ma avevamo bisogno di questa mole di dati per comprendere il sistema”, ha affermato Datta.

I loro risultati hanno rivelato uno schema chiaro e coerente. I neuroni formano strisce orizzontali strettamente organizzate e sovrapposte in base al recettore che possiedono. Questa disposizione era pressoché identica in tutti gli animali studiati e corrispondeva fedelmente al modo in cui le informazioni olfattive vengono mappate nel cervello.

Come si forma la mappa olfattiva

I ricercatori hanno anche studiato come si sviluppa questa precisa struttura. Hanno identificato l’acido retinoico, una molecola che regola l’attività genica, come un fattore chiave.

Sembra che un gradiente di acido retinoico nel naso guidi i neuroni, aiutando ciascuno ad attivare il recettore olfattivo corretto a seconda della sua posizione. Quando i ricercatori hanno modificato i livelli di questa molecola, l’intera mappa dei recettori si è spostata verso l’alto o verso il basso.

“Dimostriamo che lo sviluppo può raggiungere questo risultato, ovvero organizzare un migliaio di recettori olfattivi diversi in una mappa incredibilmente precisa e coerente tra i vari animali”, ha affermato Datta.

Uno studio separato, condotto dal laboratorio di Catherine Dulac, professoressa universitaria titolare della cattedra Xander presso il Dipartimento di Biologia Molecolare e Cellulare dell’Università di Harvard, e pubblicato nello stesso numero di Cell, ha ottenuto risultati coerenti.

Cosa significa questo per il trattamento della perdita dell’olfatto

Oltre a far progredire la ricerca scientifica di base, questa scoperta potrebbe avere un impatto pratico. La perdita dell’olfatto, infatti, ha attualmente poche terapie efficaci, nonostante possa influire sulla sicurezza, sull’alimentazione e sulla salute mentale.

“Non possiamo risolvere il problema degli odori senza comprenderne il funzionamento a livello basilare”, ha affermato Datta.

Il team sta ora lavorando per capire perché le strisce recettoriali appaiono in quell’ordine specifico e se la stessa organizzazione esiste anche negli esseri umani. Questa conoscenza potrebbe guidare nuovi approcci, tra cui terapie con cellule staminali o interfacce cervello-computer, volti a ripristinare il senso dell’olfatto.

“L’olfatto ha un effetto davvero profondo e pervasivo sulla salute umana, quindi ripristinarlo non è solo una questione di piacere e sicurezza, ma anche di benessere psicologico”, ha affermato Datta. “Senza comprendere questa mappa, siamo destinati a fallire nello sviluppo di nuove terapie.”