Studi neurologici al NEST

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Irene Celestino, collaboratrice VIS, fa un resoconto delle attività di ricerca del gruppo guidato dal prof Gimmi Ratto al NEST, laboratorio della SNS.

Al Laboratorio NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology) di Pisa, con sede in Piazza San Silvestro, sono in atto studi avanzati sulle malattie cerebrali ad opera di un gruppo di sette ricercatori guidato dal Professor Gian Michele Ratto, Primo Ricercatore del Consiglio Nazionale delle Ricerche, e composto da un’assegnista di ricerca, Silvia Landi, e cinque studenti. Il gruppo lavora in stretta collaborazione con altri centri di ricerca anche a livello internazionale.

Al NEST, i ricercatori possono usufruire del laboratorio che custodisce vari strumenti per gli studi condotti sull’attività cerebrale di modelli animali, soprattutto topolini, e, a seguito di un progetto in collaborazione con la Stella Maris, pesci zebra. I modelli di malattia sono ottenuti mediante l’inserzione del gene mutato nella sua forma patologica nel genoma del topo o del pesce.

Microscopio a due fotoni

Tra gli strumenti disponibili si trova, un microscopio a due fotoni, che si avvale di radiazioni infrarosse, le quali eccitano e rendono visibili delle molecole fluorescenti immesse nel cervello. Queste ultime forniscono preziose informazioni sull’attività cerebrale, in quanto reagiscono in modo diverso a seconda dell’ambiente nella cellula e degli elementi lì presenti. Un prezioso aiuto viene fornito ai ricercatori da un tavolo operatorio presente nel Laboratorio e specifico per l’iniezione di cellule o virus nei topolini, al fine di osservare le reazioni nel loro cervello. Inoltre, è anche presente un apparato sperimentale per lo studio della elettrofisiologia cerebrale, che permette di studiare l’attività di singole cellule o di popolazioni.

Tra le ricerche attualmente in atto, una riguarda un tumore cerebrale, il neuroblastoma, e un’altra l’epilessia e le malattie dello spettro autistico.

Quanto al neuroblastoma, alcuni esperimenti riguardano la proliferazione e l’interazione di cellule tumorali iniettate in topolini dell’età di 2-6 mesi. Una volta immesse le cellule nell’organismo del topo attraverso la craniotomia, si studia al microscopio la loro diffusione grazie all’impiego di una proteina che ha proprietà di fluorescenza, la Green Fluorescent Protein (GFP). Inoltre, la proliferazione delle cellule tumorali e, soprattutto, la loro interazione con gli astrociti, cellule del sistema nervoso di supporto ai neuroni, vengono anche studiate in parallelo attraverso tecniche di coltura cellulare.

Attività epilettica

Riguardo alla ricerca sulla epilessia, essa sta focalizzando l’attenzione sulla eziologia della malattia stessa e di quei disturbi che attengono allo spettro autistico. È stato infatti osservato che tra i pazienti affetti da autismo molti sono affetti anche da epilessia. Gli individui soggetti ad attacchi epilettici, che costituiscono circa l’1% della popolazione mondiale, rappresentano anche il 40-60% dei pazienti affetti da malattie dello spettro autistico. Pertanto, l’ipotesi della ricerca parte dalla probabile correlazione tra i due disturbi. Uno dei possibili elementi comuni di autismo e epilessia è un deficit cerebrale nel controllo del guadagno. In altre parole, il nostro cervello è una grande rete di calcolo che agisce in modo retroazionato, ricercando un feedback continuo, e non opera invece in modo balistico, cioè programmando tutte le azioni in precedenza.

Il sistema nervoso è composto da neuroni eccitatori, che rendono attivi tutti i neuroni vicini, e neuroni inibitori, che al contrario li spengono. Le attività cerebrali sono il risultato di un equilibrio tra neuroni inibitori e neuroni eccitatori e la capacità di mantenere questa armonia prende il nome di “capacità di

Ricercatori del NEST assieme a Elena Floris per “Un giorno da ricercatore”

controllo del guadagno”, perché viene conseguito il bilanciamento di input positivi (dei neuroni eccitatori) e input negativi (dei neuroni inibitori). Una mancata stabilità può portare a due situazioni di preponderanza di uno dei due sistemi sull’altro: se predominassero i neuroni inibitori, ci sarebbe una minore attività cerebrale e quindi deficit cognitivi; se invece ci fosse un’eccessiva attività dei neuroni eccitatori, l’attività cerebrale sarebbe confusionaria con conseguente degradazione della attività corticale e potrebbe causare una crisi epilettica.

Un esempio di malattia neurologica studiata dai ricercatori del NEST è la sindrome di Rett, una manifestazione dello spettro autistico. Questo disturbo è di causa genetica e colpisce nella maggior parte dei casi bambine. I sintomi principali, che diventano evidenti tra i 6 e i 18 mesi di vita, comprendono una regressione dello sviluppo cognitivo, problemi motori, difficoltà di linguaggio, stereotipie (cioè ripetizione di schemi comportamentali rigidi).

I pazienti colpiti sono soprattutto di sesso femminile perché questa sindrome è causata da una mutazione genetica sul cromosoma X, in particolare del gene MECP2, che controlla la proteina omonima. La proteina MECP2 regola la trascrizione genica di proteine come il BDNF, una neurotrofina che determina lo sviluppo e la funzionalità dei neuroni, stimolando la plasticità sinaptica. Perciò, nei pazienti affetti dalla sindrome di Rett, si osserva una minore plasticità dei neuroni e quindi una maggiore difficoltà nella trasmissione di segnali.

A seguito degli studi effettuati, è stato scoperto che, grazie a un trattamento con l’ormone di natura proteica IGF1, è possibile far riacquistare ai neuroni plasticità, attenuando quindi i sintomi di tale sindrome.

Autrice: Irene Celestino

Author: Marcos Valdes

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