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La funzione cerebrale in un ambiente di ossigeno alterato

Il cervello è particolarmente sensibile alle variazioni dei livelli di ossigeno (O2), poiché essi provocano modifiche della morfologia cellulare e della funzione neuronale.
La funzione cerebrale in un ambiente di ossigeno alterato
Il mantenimento della concentrazione di O2 a un livello appropriato è estremamente importante per la sopravvivenza degli organismi viventi. Livelli di O2 sia bassi (ipossia) sia elevati (iperossia) determinano effetti deleteri sulle cellule. Per studiare il risultato dell'ipossia e dell'iperossia sulla funzione neuronale, gli scienziati del progetto BRAINCIROXCON (Functional and structural changes of brain circuitry in altered oxygen conditions), finanziato dall'UE, hanno cercato di identificare i tipi di neuroni altamente sensibili alle concentrazioni alterate di O2.

Avvalendosi di strumenti neuroanatomici e di metodi di elettrofisiologia, hanno mappato le aree cerebrali danneggiate, identificando le popolazioni di neuroni inibitori ed eccitatori deteriorate. La caratteristica più evidente erano i danni al citoscheletro, come indicato dal test TUNEL e dai marcatori di colorazione dell'apoptosi, emersi principalmente nell'ippocampo. Un aspetto interessante è che alcune ore di leggera iperossia (30 %) sono state sufficienti per provocare il danno neuronale. Il danno neuronale in vivo è stato convalidato tramite risonanza magnetica.

L'attività delle reti neuronali è stata misurata tramite elettroencefalogramma (EEG) con elettrodi multicanale nell'ippocampo in diverse condizioni di O2 (normossiche, ipossiche e iperossiche). Le osservazioni preliminari suggeriscono cambiamenti significativi dell'oscillazione di rete nelle condizioni iperossiche e ipossiche e un aumento dell'attività di neuroni inibitori non identificati.

Per delineare il pattern di attivazione dei neuroni in risposta ai diversi livelli di O2, i ricercatori hanno impiegato un metodo a singola cellula per la registrazione dell'attività elettrica e delle caratteristiche neuroanatomiche e neurochimiche delle singole cellule. Nessun danno neuronale è stato osservato nella corteccia prefrontale e il lavoro di analisi si è concentrato sull'ippocampo. L'analisi molecolare dei neuroni danneggiati dovrebbe determinare i meccanismi che regolano il ruolo svolto dai livelli di O2 nel fenotipo osservato.

Collettivamente, il progetto BRAINCIROXCON ha fornito informazioni preziose sull'impatto dei livelli di O2 sul cervello. Le informazioni ottenute aiuteranno a comprendere i meccanismi neuronali che sono alla base della neurodegenerazione e a definire passi regolatori chiave e strategie terapeutiche dirette. A lungo termine, ciò consentirà di migliorare l'assistenza sanitaria e la qualità della vita dei pazienti.

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Keywords

Cervello, ossigeno, ipossia, iperossia, BRAINCIROXCON