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Nanoscale Analytical Methods to gain insight into the Initiation of Short-Term Memory

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Scoprire i meccanismi alla base della memoria a breve termine

Una ricerca rivoluzionaria ha aiutato gli scienziati a comprendere meglio alcuni dei processi chimici implicati nella formazione dei ricordi a breve termine, uno sviluppo che un giorno potrebbe condurre a nuovi trattamenti per malattie come quella di Alzheimer.

Salute

La demenza, principale causa della perdita di indipendenza e della disabilità in Europa, colpisce attualmente circa 10 milioni di persone e la sua incidenza è destinata a raddoppiare entro il 2030. La malattia di Alzheimer è la forma più diffusa di demenza. Il progetto NAMISTMem, finanziato dall’UE, si è proposto di analizzare la formazione della memoria a breve termine (STM, Short-Term Memory) molto dettagliatamente e di sviluppare metodi analitici per aiutare gli scienziati a comprendere meglio i processi chimici coinvolti, il che potrebbe condurre a nuovi trattamenti per malattie che interessano la memoria e la cognizione. I neuroni sono cellule cerebrali il cui compito principale è trasmettere informazioni, lavoro che svolgono in due modi: elettricamente, attraverso i pori tra le cellule, o chimicamente, attraverso il rilascio di neurotrasmettitori dalle vescicole. Questo processo di neurotrasmissione è chiamato esocitosi. «Il nostro obiettivo è stato comprendere il modo in cui le variazioni intracellulari nei lipidi potrebbero correlarsi alle malattie che interessano la memoria e la cognizione», spiega Andrew Ewing, coordinatore del progetto NAMISTMem e docente presso il dipartimento di chimica e biologia molecolare dell’Università di Göteborg, in Svezia. Le membrane cellulari e vescicolari sono formate da strati lipidici. Lo scambio lipidico tra membrane vescicolari e cellulari, in risposta a uno stimolo, può produrre un cambiamento nel processo di neurotrasmissione. «A sua volta, ciò può infine dare avvio alla formazione di STM», afferma Ewing.

Comprendere la formazione della memoria

L’indagine relativa all’influenza delle variazioni lipidiche sulle dinamiche della membrana durante il processo di neurotrasmissione rappresenta l’avanguardia della neuroscienza. Per ottenere risultati servono metodi analitici in grado di misurare direttamente e in tempo reale la forza di neurotrasmissione a livello di singola cellula. «Negli studi precedenti, l’aggiunta dei lipidi alle colture cellulari era stata condotta al di fuori della cellula al fine di studiare gli effetti dei lipidi sull’esocitosi», afferma Ewing. «Limitare o isolare le misurazioni interne alla cellula non era fattibile sotto il profilo analitico». Il progetto NAMISTMem, condotto con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha presentato una tecnica pionieristica di nano-iniezione intracellulare di vari fosfolipidi. Ciò ha aiutato il gruppo di ricercatori a monitorare gli effetti dell’ingegneria della membrana sull’avvio della STM. Nel corso del progetto, Mohaddeseh Amiri Aref, borsista Marie Skłodowska-Curie, ha lavorato a stretto contatto con Ewing presso i suoi laboratori all’avanguardia, per condurre analisi a livello di singola cellula in tempo reale. Nel complesso, il gruppo responsabile del progetto è riuscito a progettare e adottare nuove tecniche per monitorare l’effetto dei lipidi intracellulari sul processo di neurotrasmissione.

Affrontare i disturbi neurodegenerativi

Avvalendosi di alcune delle tecniche introdotte, il progetto ha dimostrato la fattibilità delle analisi in vivo delle variazioni lipidiche intracellulari. Inoltre, il lavoro condotto ha fornito nuove evidenze del ruolo cruciale svolto dai lipidi nella modulazione del processo di neurotrasmissione. Questi risultati saranno di grande interesse per i ricercatori attivi nel settore della chimica nano-bioanalitica. È prevedibile che le analisi in vivo si rivelino determinanti nella scoperta di soluzioni per i disturbi neurodegenerativi e la perdita di STM. «Il meccanismo molecolare che dà inizio alla formazione della STM è chiaramente attribuito ai sintomi principali dei disturbi neurodegenerativi e dello sviluppo neurologico, quali la malattia di Alzheimer e i disturbi dello spettro autistico», osserva Ewing. «I nostri risultati potrebbero fornire un collegamento tra i processi di esocitosi e la STM». I programmi futuri includono lo sviluppo di analisi in vivo per esaminare l’effetto intracellulare di altri fattori legati alla STM sul processo di neurotrasmissione.

Parole chiave

NAMISTMem, STM, Alzheimer, neuroni, cervello, lipidi, biologia, memoria, demenza

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