La vista con i lampi di calcio

Dan Cojoc parla dell’innovativa ricerca che porta la firma della Sissa e dell’Istituto officina dei materiali del Cnr

di Chiara Di Martino

Cosa guida i nostri movimenti nella penombra, quando gli oggetti e l’ambiente circostante non sono abbastanza visibili da darci indicazioni precise? È noto da tempo che questa capacità è garantita dai bastoncelli, un tipo di cellule sensibili alla luce presenti nella retina dei vertebrati, capaci di rivelare luci bassissime. Meraviglie biologiche in grado di rivelare anche un singolo quanto di luce, dei quali, però, non si conosce ancora una descrizione completa in merito a proprietà strutturali e funzionali. Una risposta arriva da uno studio pubblicato su PNAS da ricercatori della SISSA - Scuola internazionale superiore di studi avanzati, sotto la direzione del professor Vincent Torre, neuroscienziato del Dipartimento di Neurobiologia, e dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), che ha fornito il supporto tecnologico necessario sotto la guida del dottor Dan Cojoc. Il team ha unito le relative competenze per dimostrare una distribuzione non-uniforme del calcio nei bastoncelli e individuare lampi di calcio che nessuno aveva ancora ipotizzato. Dan Cojoc ci racconta di più.

Dottore, ci riassume i primi passi?

«L’obiettivo era scoprire come fosse distribuito il calcio nei bastoncelli e quale fosse la dinamica. I bastoncelli, come sappiamo, sono costituiti da due segmenti: il segmento esterno e il segmento interno. Il segmento esterno dei bastoncelli è quello dove ha sede la macchina biologica in grado di captare la luce, mentre il segmento interno è responsabile dell’informazione da trasferire al cervello. Il primo è il responsabile dunque della fototrasduzione, il processo che converte la luce in segnale elettrico da trasmettere al cervello. Gli ioni di calcio, la cui concentrazione nel segmento esterno è un ottimo indicatore della funzionalità ed integrità della fototrasduzione, hanno mostrato una importanza determinante anche per comprenderne la distribuzione. L’apporto innovativo di questo studio è stato quello di usare una tecnica di microscopia a fluorescenza utilizzando un fluoroforo nuovo, una sostanza già esistente dal punto di vista commerciale ma mai impiegata in uno studio di questo tipo. Questa sostanza ha il vantaggio di essere meno tossica e più efficiente».

Cosa è emerso?

«Che invece di avere una distribuzione uniforme, esistono gradienti di calcio, quindi una distribuzione non omogenea: c’è una maggiore concentrazione di calcio alla punta del segmen-

© Aleksandar Mijatovic/shutterstock.com

Chi è

Dan Cojoc è nato in Romania, dove si è laureato e ha dato il via alla sua carriera. Oggi, però, ci tiene a dire che è “anche italiano”, dal momento che dal 2004 è Primo ricercatore al Cnr-Iom con sede a Trieste, città di cui è innamorato. Con un background in ingegneria ottica e fisica tecnica, ha lavorato nei campi dell’ottica, delle nanoscienze e della biofotonica fin dal 1990. Durante la sua carriera ha sviluppato numerose strumentazioni e tecniche avanzate di microscopia e spettroscopia per applicazioni in microscopia, nanotecnologia, biofisica, cellule tumorali e neurobiologia. Ha progettato e implementato più di 20 microscopi a pinzette ottiche e li ha integrati con microfluidica, diffrazione di raggi X, misurazione della forza, spettroscopia Raman, microscopia olografica, chirurgia laser per lo studio di campioni biologici come cellule viventi in condizioni fisiologiche. Al suo attivo, 137 pubblicazioni internazionali.

to esterno rispetto alla base, cosa che aiuta a capire la struttura del bastoncello dimostrando la sua non omogeneità: non ce lo aspettavamo. Ci siamo arrivati misurando con nuove sonde ottiche la concentrazione e la distribuzione del calcio nel segmento esterno. Un secondo risultato non meno importante è la scoperta di lampi spontanei del calcio ovvero di rapidi aumenti del calcio. Questi lampi non sono distribuiti in modo uniforme ma localizzati e più forti nelle punte dei segmenti esterni, che dimostra l’esistenza di un gradiente funzionale, una proprietà fondamentale per la transduzione in fotorecettori di tutti i vertebrati».

Lo studio continuerà?

«È difficile dirlo, ci sono molte variabili da definire ancora. Va anche detto che alcuni degli eccellenti studiosi - tutti dottorandi durante lo svolgimento del progetto - che hanno lavorato al progetto e ai quali va dato il giusto merito – Yunzhen Li, Fabio Falleroni, Simone Mortal e Ulisse Bocchero – hanno nel frattempo ottenuto nuovi prestigiosi incarichi. C’è l’ipotesi di ristabilire il seguito del progetto, fondi permettendo».

E le implicazioni concrete?

«Anche questa è una domanda interessante e le assicuro che ci abbiamo pensato. Ma sarebbe azzardato fare una previsione: azzardato e scorretto dal punto di vista scientifico e medico. Ricadute cliniche potrebbero essercene, ma è difficile ipotizzarle a questo stadio del lavoro: diciamo che al momento più che un dato certo, è un desiderio».

L’articolo è stato inoltre raccomandato a Faculty Opinions dall’editore di PNAS, con le seguenti motivazioni: «Utilizza un nuovo metodo di misurazione del calcio per mostrare che i cambiamenti di calcio dipendenti dalla luce nel segmento esterno dei bastoncelli sono maggiori alla base rispetto alla punta», afferma il neuroscienziato Gordon Fain della University of California, che continua: «Queste differenze possono riflettere un gradiente di energia che ha origine dai mitocondri del segmento interno. Gli autori dello studio fanno anche la sorprendente osservazione che il calcio aumenta spontaneamente sia in punta che alla base (ma più spesso in punta), così come più raramente nel segmento interno. Questi aumenti producono improvvisi lampi, ovvero picchi di concentrazione di calcio, che diminuiscono lentamente per diversi secondi e che restano locali senza propagarsi all’interno del segmento esterno o tra il segmento interno ed esterno».

L’articolo è stato inoltre raccomandato a Faculty Opinions dall’editore di PNAS, con le seguenti motivazioni: «Utilizza un nuovo metodo di misurazione del calcio per mostrare che i cambiamenti di calcio dipendenti dalla luce nel segmento esterno dei bastoncelli sono maggiori alla base rispetto alla punta» Il Giornale dei Biologi ” 11 | Febbraio 2021