L’optogenetica utilizzata per interventi sofisticati
Report recenti indicano la possibilità di bilanciare l’eccitazione e l’inibizione dei circuiti neurali attraverso le tecniche optogenetiche, tuttavia questo approccio è limitato dalle interazioni non lineari tra le opsine coespresse, cioè le proteine utilizzate per la maggior parte degli studi di optogenetica. Benché l’optogenetica stia orientandosi verso l’impiego delle opsine coattivate per la modulazione dell’attività neurale, i meccanismi che sono alla base della loro interazione non sono ancora stati oggetto di studio. L’iniziativa COMP-OPTOGEN (Computational optogenetics for the characterization and control of cortical activity), finanziata dall’UE, ha misurato gli effetti della carenza di conoscenze riguardante l’optogenetica e la necessità di perfezionare la tecnologia affinché possa essere utilizzata in esperimenti più strettamente controllati. COMP-OPTOGEN ha utilizzato modelli in vitro e in vivo per studiare gli effetti delle opsine coattivate, rispettivamente, su neuroni isolati e sulle reti neuronali, applicando modelli informatici di opsine coattivate in singole cellule e in un modello che rappresenta i circuiti cerebrali. I ricercatori hanno associato le caratteristiche delle opsine alle dinamiche dei neuroni, in modo da abbinare con maggiore precisione la cinetica con le caratteristiche neuronali. COMP-OPTOGEN ha studiato la coespressione e la coattivazione delle opsine nelle popolazioni neuronali per approfondire l’inclusione delle opsine eccitatorie e inibitorie in un singolo neurone. Grazie alla combinazione dei modelli computazionali e dei risultati sperimentali, il team COMP-OPTOGEN ha ottenuto importanti risultati. Ha individuato una chiara relazione tra le diverse modalità di interazione delle opsine con i vari tipi di neuroni, scoprendo che era possibile modulare i neuroni tramite la doppia attivazione. Ha inoltre stabilito protocolli per modificare le velocità di attivazione dei gruppi di neuroni senza interferire con le relative caratteristiche. Questi risultati dimostrano che l’optogenetica può essere utilizzata per manipolare in modo molto preciso l’attività neurale.
Parole chiave
Optogenetica, attività neurale, cervello, opsine coattivate, COMP-OPTOGEN
