La tecnologia di imaging tridimensionale apre un nuovo spiraglio sul cervello
Il cervello è organizzato in strutture che si estendono su un’ampia gamma di scale spaziali, dalle piccolissime giunzioni sinaptiche che collegano i neuroni tra loro alle strutture cerebrali più grandi quali la neocorteccia e il cervelletto. «Per comprendere il modo in cui il cervello rappresenta le informazioni sensoriali e motorie, nonché apprende ed esegue compiti cognitivi, dobbiamo essere in grado di misurare i segnali nel momento in cui percorrono i circuiti neurali», spiega Angus Silver, docente di neuroscienze presso lo University College di Londra, nel Regno Unito. A tal fine, i neuroscienziati ricorrono sempre più spesso alla microscopia a doppio fotone, un particolare tipo di microscopia a fluorescenza. «Le tecniche di imaging a fluorescenza multifotoniche consentono agli scienziati di “visualizzare” l’attività neurale all’interno dei circuiti cerebrali mentre un animale esegue un compito comportamentale», afferma Silver.
Lenti acustico-ottiche
Anche con l’applicazione di tale tecnologia d’avanguardia, la misurazione dell’attività cerebrale rimane estremamente complessa. Una sfida chiave è rappresentata dal fatto che i microscopi a doppio fotone convenzionali generano immagini bidimensionali e sono lenti nella messa a fuoco a diverse profondità. «Uno degli obiettivi chiave della mia ricerca consiste nel capire in che modo il cervelletto e la neocorteccia rappresentano ed elaborano le informazioni sensoriali e motorie durante l’acquisizione di comportamenti specializzati», osserva Silver. «Sebbene la microscopia a doppio fotone fornisca i migliori strumenti per lo studio della struttura e della funzione del cervello a livello sinaptico, neuronale e di circuiti, sentivo che il monitoraggio dell’attività all’interno dei circuiti cerebrali tridimensionali necessitava di una migliore risoluzione temporale». Per superare questo ostacolo e con l’ausilio di una precedente sovvenzione dell’UE, Silver e il suo team hanno sviluppato una tecnologia di scansione tridimensionale, incentrata su una lente acustico-ottica. Si tratta di quattro deflettori acustico-ottici disposti in serie, che sono poi integrati all’interno di un microscopio a doppio fotone. Il team del progetto, composto da ingegneri elettrici, fisici, programmatori informatici e sperimentatori, ha costruito e collaudato l’innovazione, verificandone inoltre l’efficacia. «Abbiamo scoperto che potevamo quindi scansionare in modo selettivo strutture neuronali tridimensionali molto piccole, quali gli alberi dendritici, a velocità elevata», spiega Silver. La tecnologia di scansione 3D con lente acustico-ottica è stata brevettata da UCL Business.
Nuovi strumenti
L’obiettivo del più recente progetto 3DSCAN consisteva nello sfruttare tale successo, facilitando inoltre la commercializzazione di questa innovativa tecnologia di scansione 3D. Ciò è stato ottenuto fornendo sostegno per la protezione della proprietà intellettuale, perfezionando tecniche di fabbricazione a basso costo, nonché esplorando potenziali mercati e possibili partner industriali nell’ambito della microscopia, delle bioscienze e non solo. «Questa sovvenzione ha fatto sì che Agile Diffraction, un’azienda spin-off di UCL, firmasse un accordo di licenza esclusivo con UCL Business per l’accesso alla proprietà intellettuale chiave al fine di commercializzare e cedere in sublicenza la tecnologia», afferma Silver. «Da allora, è stato testato il processo di fabbricazione dello scanner 3D con lente acustico-ottica ed è stato impiegato l’investimento dei fondatori per acquisire un inventario, con l’obiettivo di iniziare a costruire scanner laser con lente acustico-ottica». Sebbene la microscopia a doppio fotone sia diventata un principale strumento all’interno del kit a disposizione dei neuroscienziati, Silver ritiene che questa tecnologia tridimensionale estenderà ulteriormente tale funzionalità con efficacia. Lo scanner è ora disponibile in commercio e l’azienda si sta impegnando con singoli scienziati desiderosi di acquistare gli scanner 3D con lente acustico-ottica per i loro laboratori e le loro istituzioni. Un vantaggio chiave presentato da questa tecnologia di scansione consiste nel fatto che può essere integrata agli attuali microscopi a doppio fotone. «La storia della neuroscienza mostra che la nostra comprensione del cervello è stata ampiamente limitata dalla tecnologia a disposizione», aggiunge. Silver è fiducioso del fatto che lo scanner 3D non lineare con lente acustico-ottica accelererà il ritmo delle scoperte nella ricerca sui circuiti, avvicinandoci allo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie e i disturbi di natura neurologica.
Parole chiave
3DSCAN, cervello, neurale, microscopia, bioscienze, neuroni, sensoriale, neuroscienza
