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Accendere i neuroni con la luce

Anatomia cervello 3dCome spesso accade è la Natura che offre gli spunti della ricerca e in questo caso il pensiero corre al modo in cui proprio la luce è il fattore che regola meccanismi biologici e metabolici in batteri, funghi e alghe. Per non parlare delle piante che dalla luce dipendono anche per il nutrimento. Queste osservazioni della Natura si sono fuse con lo studio della neurofisiologia, con i meccanismi della visione, con la genetica e si sono sposate con le più moderne tecniche di stimolazione ottica cerebrale per portare ad una nuova branca di studi molto promettente, l’optogenetica. Se il nome sembra ostico, sarà più facile ricordarlo quando diremo che nel prossimo futuro con questa tecnica saremo in grado di trattare molte patologie cerebrali e non. L’argomento sarà oggetto di una relazione al Forum “Un Viaggio di 100 anni nelle neuroscienze” che si è tenuto a Roma presso l’Accademia dei Lincei e organizzato da The European House-Ambrosetti, in occasione dei 100 anni di Lundbeck

L’optogenetica è la combinazione dell’ottica e della genetica, per controllare eventi ben definiti entro qualsiasi specifica cellula del tessuto vivente, non solo di quello nervoso. Comporta, l’inserimento nelle cellule di geni che permettono di rispondere alla luce emessa da particolari sonde a fibra ottica impiantate in siti specifici del cervello. I ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, diretti da Fabio Benfenati, Coordinatore del Center for Synaptic Neuroscience and Technology dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, hanno utilizzato delle fibre ottiche per stimolare, proprio con la luce, i neuroni, e sono arrivati a capire che non solo è possibile indurre le cellule nervose a produrre proteine fotosensibili derivate da cellule microbiche (opsine) in grado di eccitare o inibire elettricamente i neuroni se stimolate con la luce, ma addirittura usare la luce per accendere o spegnere i geni, in una forma raffinata di epigenetica che potremmo definire ‘artificiale’.

“Stiamo lavorando su cellule che producono particolari proteine chiamate opsine – ha dichiarato Benfenati – identificate negli anni ‘70 e oggi utilizzate per dare ordini ai neuroni che si vogliono studiare. Attraverso dei vettori virali, ossia virus programmati per veicolare materiale genetico, ma che non inducono malattie, è possibile iniettare all’interno delle cellule neuronali il gene che codifica l’opsina. L’inserimento di questo gene fa si che il neurone designato, divenga sensibile allo stimolo luminoso e risponda a comandi impartiti dall’esterno con una precisione temporale dell’ordine di millisecondi”. Da questo punto di vista, “interrogare” il cervello con la luce permette di stimolare o inibire in modo specifico solo i neuroni che sono stati trasformati a produrre le “opsine” fotosensibili, mentre la stimolazione elettrica, usata nell’uomo ad esempio nella terapia del morbo di Parkinson, provoca solo eccitazione in tutte le cellule nella zona in cui viene inserito l’elettrodo, senza distinguere i vari tipi cellulari. Inserendo i geni delle opsine all’interno dei neuroni, i ricercatori usano quindi la luce emessa da fibre ottiche per innescare a comando l’attività di cellule cerebrali specifiche. L’optogenetica, permette di studiare specifici tipi cellulari nel cervello, eccitandoli, inibendoli o modificando l’espressione genica, cosa impossibile con la semplice stimolazione mediante elettrodi (che esercitano solo un’azione eccitatoria).

Gli scienziati stanno sfruttando l’optogenetica per capire come gruppi definiti di neuroni causano eventi fisiologici e comportamenti complessi nei vermi, nei moscerini, nei pesci, negli uccelli e nei mammiferi. Questi studi stanno permettendo anche di comprendere l’origine di disturbi come la depressione, i disturbi del sonno, il morbo di Parkinson e la schizofrenia e rappresentano un promettente futuro approccio terapeutico a queste patologie.

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