CONTROLLO DEI NEURONI MEDIANTE LA LUCE

 

 

Il controllo a distanza dei circuiti neuronici mediante mezzi non invasivi è appartenuto fino a poco tempo fa al dominio della fantascienza. Attualmente si muovono i primi passi sulla via della realizzazione di tecnologie in grado di permettere un simile controllo ma, contrariamente a quanto ritengono in molti, lo scopo della maggior parte di tali studi non è quello di creare modelli artificiali per sperimentazioni sull’intelligenza o sul comportamento, ma sviluppare metodi non invasivi per la cura di malattie neurologiche.

Un gruppo di bioingegneri dell’Università di Stanford guidato da Zhang, nel laboratorio di Deisserot, ha compiuto un passo significativo nella realizzazione di una tecnologia in grado di interagire a distanza con neuroni dell’ippocampo, struttura di fondamentale importanza nella memoria di breve termine e nella risposta immediata a stimoli intensi, e con neuroni colinergici rilevanti nella fisiologia motoria (Zhang F., et al. Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry. Nature 446, 633-639, 2007).

I ricercatori hanno impiegato due proteine attivate dalla luce, rispettivamente un canale cationico aperto dalla luce blu (ChR2, channelrodopsin 2) presente in alcune alghe, e una pompa del cloro di Natronomonas pharaonis (NpHR) azionata dalla luce gialla.

ChR2 era stata precedentemente descritta e studiata dallo stesso gruppo come proteina rispondente alla tecnologia di eccitazione ottica.

Le due proteine, che reagiscono ad intensità luminose simili ma in parti ben distinte dello spettro, possono essere espresse nei neuroni di mammiferi e di altre classi di animali senza alterarne le funzioni e senza la richiesta di co-fattori aggiuntivi. Sfruttando queste caratteristiche, i ricercatori hanno messo a punto un sistema equilibrato ed integrato, totalmente ottico, in grado di interrogare le funzioni di sistemi neuronici in vivo.

Deisserot e i suoi colleghi, usando una combinazione di ingegneria genetica, metodi elettrofisiologici ed ottici d’avanguardia, hanno dimostrato per la prima volta che l’attività neuronica può essere controllata da lontano, bidirezionalmente e con elevata precisione temporale, usando la luce. In tal modo hanno manipolato le attività di circuiti neuronici dell’ippocampo di ratto e di cellule motorie (neuroni colinergici e cellule della parete muscolare) del nematode Caenorhabditis elegans, nel quale hanno agito sui movimenti che consentono all’animale di nuotare.

Una discussione che valuta vari aspetti di questa ricerca si trova nel commento editoriale contestualmente pubblicato (Nature 446, 617-619, 2007).

La tecnologia sviluppata da questo gruppo di Stanford apre prospettive notevoli per la ricerca sulla fisiologia dei sistemi neuronici e sull’interferenza a scopo terapeutico con le funzioni alterate.

 

Lorenzo L. Borgia

BM&L-Maggio 2007

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