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La tecnologia optogenetica per i cambiamenti a lungo termine dell'eccitabilità neuronale

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Gli scienziati del MIT hanno sviluppato una tecnica di optogenetica che può portare a cambiamenti a lungo termine nell'eccitabilità neuronale alterando la capacità della membrana neuronale.

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A differenza dell'optogenetica convenzionale, che prevede l'uso della luce per attivare rapidamente i canali ionici sui neuroni ingegnerizzati, la nuova tecnica si basa su una reazione sensibile alla luce per aumentare la presenza di polimeri conduttori o isolanti nella membrana cellulare. Il metodo crea cambiamenti a lungo termine nell'eccitabilità neuronale e non richiede un'illuminazione continua per mantenere questi cambiamenti. Il metodo è inteso principalmente come uno strumento di ricerca che può aumentare la nostra comprensione del cervello e delle malattie neurologiche, ma potrebbe anche avere applicazioni terapeutiche in futuro.

L'optogenetica è stata sviluppata per la prima volta circa 20 anni fa. Questa tecnica di ricerca utilizza l'ingegneria genetica dei neuroni per esprimere canali ionici sensibili alla luce e poi li illumina per provocare un'immediata e rapida attivazione neuronale. Tuttavia, sebbene l'optogenetica convenzionale sia utile, c'è spazio per un miglioramento.

"Usando la luce, si possono aprire o chiudere questi canali ionici, e questo a sua volta eccita o silenzia i neuroni", ha detto Chanan Sessler, un ricercatore del MIT coinvolto nello studio. "Questo permette una risposta rapida in tempo reale, ma significa che se si vuole controllare questi neuroni, bisogna illuminarli costantemente"

E se si potesse illuminare un neurone una sola volta e creare un cambiamento a lungo termine nell'eccitabilità? Questo è l'obiettivo di quest'ultima tecnica. I ricercatori hanno ottenuto questo risultato modificando la capacità elettrica della membrana neuronale. Ciò comporta l'ingegnerizzazione dei neuroni per esprimere una proteina sensibile alla luce che produce specie reattive dell'ossigeno quando viene esposta alla luce. Durante l'illuminazione, i ricercatori espongono i neuroni a blocchi di polimeri isolanti o conduttivi. Le specie reattive dell'ossigeno aiutano ad assemblare i blocchi polimerici all'interno della membrana cellulare, alterandone la capacità. Finora i ricercatori hanno dimostrato che questo approccio porta a cambiamenti nell'eccitabilità neuronale per tre giorni, il periodo più lungo in cui possono tenere in vita le cellule in un piatto.

L'approccio ha un potenziale sia di ricerca che terapeutico. "Questo nuovo strumento è stato progettato per regolare l'eccitabilità dei neuroni su e giù in modo controllabile dalla luce e a lungo termine, il che consentirà agli scienziati di stabilire direttamente la causalità tra l'eccitabilità di vari tipi di neuroni e i comportamenti degli animali", ha detto Xiao Wang, un altro ricercatore coinvolto nello studio. "La futura applicazione del nostro approccio in modelli di malattia dirà se la regolazione fine dell'eccitabilità dei neuroni può aiutare a riportare alla normalità i circuiti cerebrali anormali"