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Il Morbo di Parkinson (MP) è un disordine motorio che colpisce più dell’1% della popolazione mondiale sopra i 65 anni di età. La malattia è caratterizzata dalla progressiva neurodegenerazione dei neuroni dopaminergici della substantia nigra pars compacta (SNpc) e dalla conseguente mancanza di dopamina (DA) nello striato. Quando i corpi cellulari dei neuroni dopaminergici muoiono, compaiono sintomi come tremore, lentezza dei movimenti e problemi di postura e rigidità.
Le terapie correnti sono soltanto sintomatiche, ossia non prevengono la progressione della malattia, pertanto la ricerca è focalizzata sullo studio di trattamenti curativi in grado di arrestare o modificare la progressione del disordine motorio. Attualmente, il trattamento più promettente per la cura del MP sono i fattori neurotrofici e, tra questi, il più potente fattore neurotrofico per i neuroni dopaminergici è quello derivato dalle cellule gliali (The Glial Cell Line Derived Neurotrophic Factor, GDNF).
Gli studi preliminari del gruppo di ricerca nel quale ho svolto il mio lavoro di tesi, condotti su macachi parkinsoniani trattati con il GDNF microincapsulato, hanno dimostrato che la proteina ha la capacità di incrementare il numero dei neuroni dopaminergici della SNpc e nello striato e , quindi, di rigenerare la via nigrostriatale.
L’obiettivo principale del presente lavoro di ricerca è quello di chiarire il meccanismo d’azione con il quale il GDNF esercita i suoi effetti benefici.
La quantificazione della microglia attivata nella SNpc ha dimostrato che le microparticelle con il GDNF incapsulato sono in grado di diminuire la neuroinfiammazione, uno dei meccanismi di morte neuronale del MP. Abbiamo quindi esaminato gli effetti che le microparticelle hanno sulla disfunzione mitocondriale: nei due gruppi esaminati, non è stata individuata nessuna differenza nella densità mitocondriale nei neuroni nigrostriatali. Ciò può essere attribuito al fatto che i tessuti cerebrali sono stati prelevati nove mesi dopo l’iniezione delle microparticelle nei macachi, quando è troppo tardi per osservare la disfunzione mitocondriale. Con lo scopo di illustrare gli effetti trofici del GDNF nella SN, abbiamo poi analizzato l’espressione del suo recettore GFRα1 nei neuroni nigrostriatali, dimostrando la sua presenza in varie popolazioni neuronali. Le dimensioni di questi neuroni, in seguito al trattamento, sono risultate differenti nei due gruppi esaminati: i neuroni trattati con il GDNF mostrano una dimensione maggiore rispetto ai neuroni del gruppo di controllo. Pertanto, il GDNF esercita i suoi effetti trofici non solo sui neuroni dopaminergici, ma anche in differenti popolazioni neuronali nella SNpc. Infine, gli effetti del GDNF sono stati osservati nella regione neurogenica, la zona subventriculare (SVZ). Risultati preliminari hanno mostrato che il GDNF incrementa il numero delle cellule staminali nella SVZ rispetto al gruppo di controllo. Ulteriori studi, tuttavia, saranno necessari per chiarire le origini e l’incremento del numero dei neuroni dopaminergici nello striato, dopo il trattamento con le microparticelle di GDNF.
In conclusione, le analisi del meccanismo rigenerativo del GDNF incapsulato in microparticelle, condotto sul cervello di macachi parkinsoniani, hanno mostrato che il GDNF esercita effetti neurotrofici sui neuroni e riduce la neuroinfiammazione nella SNpc. I risultati di questo lavoro ci permettono dunque di affermare che il GDNF micro incapsulato può essere considerato un’opzione di trattamento per il MP.

Parkinson Disease (PD) is a movement disorder that affects more than 1% of the population over 65 years old. This disorder is characterized by the progressive neurodegeneration of the dopaminergic neurons of the substantia nigra pars compacta (SNpc) and the subsequent lack of dopamine (DA) in the striatum. When the dopamine-producing nerve cells die, symptoms such as tremor, slowness, stiffness, and balance problems appear. Current therapies are only symptomatic and do not prevent the progression of the disease. For this reason, investigation is focused on the discovery of curative therapies able to stop or modify the progression of the disease. The neurotrophic factors exhibit this ability, and thus, they are one of the most promising treatments to cure PD. Among them, the glial cell line derived neurotrophic factor (GDNF) is the most potent dopaminergic factor describe so far. Previous studies of our group in parkinsonian monkeys treated with GDNF loaded into microparticles (MP) demonstrated the ability of the protein to increase the number of dopaminergic neurons in the SNpc and in the striatum and then to regenerate the nigrostriatal pathway. Thus, the main objective of the present work is to elucidate the mechanism underlying GDNF beneficial effects in the brain. The quantification of the activated microglia in the SNpc demonstrated that GDNF-MP was able to decrease the neuroinflammation, one of the mechanisms of neuronal death in PD disease. We next examined the effect of GDNF-MP on mitochondrial dysfunction. However, no differences in the density of the mitochondria in the nigral neurons were found between groups. This is probably because brain tissue was collected nine months after GDNF-MP injection, when it is too late to observe the mitochondria dysfunction. In order to explain GDNF trophic effect on the SN we next analyzed the expression of the receptor GFRα1 in the nigral neurons demonstrating its presence on various neuronal populations. Furthermore, the size of the nigral neurons was also different after GDNF-MP treatment; the neurons treated with GDNF-MPs showed a bigger size than the neurons of the control-group. Thus, GDNF exerts its trophic effects not only on the dopaminergic neurons but also on different neuronal population in the SNpc. Finally, the effect of GDNF-MP on the neurogenic subventricular zone (SVZ) was analyzed. Preliminary results showed that GDNF-MP increased the number of stem cells in the SVZ compared to the control group. However, further studies are needed to explain the origin and the increase in the number of dopaminergic neurons in the striatum after the treatment with GDNF-MPs. In conclusion, the analysis of the regenerative mechanism of GDNF loaded into MP in the brain of parkinsonian monkeys showed that GDNF exerts neurotrophic effect on neurons and reduces the neuroinflammation in the SNpc. Although more studies need to be performed the results of this work allow us to conclude that GDNF-loaded MP could be considered a therapeutic option in PD.