Una molecola per studiare il cervello con la luce

UNA MOLECOLA PER STUDIARE IL CERVELLO CON LA LUCE Un team italiano scopre come rendere i neuroni sensibili agli stimoli lumionosi

di Marco Modugno

Il cervello è un organo importantissimo che però si trova collocato in un distretto anatomico difficilmente accessibile. È proprio per questo motivo che le conoscenze che abbiamo non sono molto ampie e a limitarle ulteriormente si aggiunge anche l’impossibilità di poter lavorare in vivo.

Un gruppo di ricerca multidisciplinare composto da alcuni ricercatori dei centri dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) NSYN di Genova (Center for Synaptic Neuroscience) e del CNST di Milano (Center for Nanoscience and Technology) guidati rispettivamente dal dottor Fabio Benfenati, e dal dottor Guglielmo Lanzani, e in collaborazione con il gruppo di ricerca guidato dalla dottoressa Chiara Bertarelli del Politecnico di Milano, hanno appena pubblicato sulla famosa rivista scientifica “Nature Nanotechnology” uno studio da loro condotto, riguardante una molecola di nuova concezione che ha preso il nome di Ziapin.

Questa nuova molecola fotocromatica, cambia funzione e cambia forma se stimolata dalla luce, e questa è una particolarità molto importante, infatti grazie a ciò è in grado di rendere i neuroni, le cellule che compongono il nostro sistema nervoso, sensibili agli stimoli luminosi. Questo tipo di scoperta può essere considerata fondamentale per alcuni processi ed in certi ambiti, non solo permetterà infatti di semplificare e

Il Giornale dei Biologi | Febbraio 2020 Il Giornale dei Biologi | Febbraio 2020 velocizzare la ricerca nell’ambito delle neuroscienze, ma aprirà nuove strade e scenari per il trattamento di soggetti con attacchi epilettici e con malattie neurodegenerative della retina, che attualmente hanno mostrato molto spesso di non rispondere ai farmaci, inoltre ci permetterà di studiare più efficacemente il funzionamento del cervello stesso. In campo biologico, una molecola che cambia forma, cambia anche la sua funzione: questo è appunto esattamente ciò che avviene con le molecole fotocromatiche.

Se tali sostanze vengono esposte alla luce, cambiano forma e caratteristiche, per fare un esempio più pratico è ciò che accade nelle lenti fotocromatiche di un comunissimo paio di occhiali da sole. In questo lavoro, che ha visto coinvolti i ricercatori IIT Mattia Di Francesco, Elisabetta Colombo e Francesco Lodola, come primi autori dello studio, il team di ricerca ha voluto dimostrare come una nuova molecola fotocromatica la (Ziapin) per l’appunto, sintetizzata dal team del Politecnico di Milano, può penetrare all’interno delle cellule nervose e svolgere la funzione di un nano-interrut

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista internazionale “Nature Nanotechnology”

Ziapin può penetrare all’interno delle cellule nervose e svolgere la funzione di un nano-interruttore che “scatta” ogni volta che è sotto l’effetto della stimolazione della luce, attivando elettricamente la cellula che la contiene

tore che “scatta” ogni volta che è sotto l’effetto della stimolazione della luce, attivando elettricamente la cellula che la contiene. La molecola Ziapin, infatti, messa a contatto con i neuroni, si inserisce all’interno della loro membrana cellulare e - grazie alla sua particolare struttura - mantiene la cellula silente in assenza di luce, per poi attivarla elettricamente in seguito allo stimolo luminoso che innesca il suo cambiamento di forma, tutto questo in modo non invasivo, senza causare danni genetici, meccanici o termici.

«Ad oggi, i metodi per studiare il cervello e in particolare l’attività di neuroni specifici, presuppongono l’utilizzo di tecniche piuttosto complesse, come l’optogenetica, che richiede la modificazione genetica delle cellule nervose» racconta il dottor Fabio Benfenati, Direttore del centro NSYN di IIT a Genova e aggiunge «con la Ziapin sarà possibile attivare i neuroni agendo reversibilmente sulle proprietà della loro membrana, senza causare alle cellule alcuno stress genetico, meccanico o termico» termina con queste parole la sua spiegazione Benfenati.

«La molecola, il cui concept è nato

Si tratta di una molecola fotocromatica sintetizzata dal team del Politecnico di Milano

dall’approccio fortemente multidisciplinare tipico dei team di ricerca IIT, apre la strada anche alla ricerca di nuovi approcci terapeutici delle malattie legate al sistema nervoso e alla degenerazione della retina, ma sarà ancora necessario molto lavoro in questo senso» spiega il professor Guglielmo Lanzani, direttore del CNST di IIT a Milano.

«L’effetto di attivazione a seguito dello stimolo luminoso è in infatti solo temporaneo, caratteristica che rende la Ziapin adatta soprattutto allo studio del funzionamento del cervello» conclude infine Lanzani.

Questo nuovo modello di molecola, grazie alla sua duplice natura – che da una parte silenzia i neuroni al buio per poi attivarli in seguito ad una stimolazione luminosa – potrebbe essere applicata per contrastare l’eccessiva eccitabilità dei circuiti neuronali tipica nei casi di epilessia e, allo stesso tempo, per comandare, mediante la luce, l’attivazione dei neuroni in specifiche aree cerebrali coinvolte nello sviluppo di malattie neurologiche.

Sempre grazie a questo studio, i ricercatori hanno dimostrato inoltre che la molecola Ziapin può essere utilizzata in diversi tipi di cellule e in campi diversi dalle Neuroscienze. Tra le possibili applicazioni future si potrebbe pensare a trattare le cellule del miocardio per creare una sorta di “pacemakers” che non vengono più regolati da impulsi elettrici, ma attraverso degli stimoli luminosi, molto meno invasivi e pericolosi rispetto a quelli utilizzati attualmente.