Una promettente speranza per il trattamento dei disturbi cerebrali
Le malattie cerebrali, come il morbo di Alzheimer (MA) e la malattia di Huntington (MH), si ripercuotono negativamente sulle reti neurali del cervello, provocando rispettivamente disfunzioni cognitive e motorie. Secondo quanto recentemente scoperto, lo strato del cervello più esterno coinvolto nelle funzioni cognitive superiori, noto come corteccia cerebrale, riveste un ruolo attivo nella patogenesi delle malattie.
Manipolare l’attività cerebrale grazie all’optogenetica
I circuiti interconnessi all’interno della corteccia cerebrale e quelli che collegano altre parti del cervello sono emersi quali potenziali bersagli terapeutici per i disturbi cerebrali. Il progetto NEUROPA, finanziato dall’UE, si è posto l’obiettivo di modulare l’attività a lungo termine dei neuroni proprio in questi collegamenti. Come spiega il coordinatore del progetto, Edik Rafailov: «Molti dei trattamenti esistenti per i disturbi del cervello sono invasivi, motivo per cui ci siamo prefissi di sviluppare un approccio in grado di modulare l’espressione dei geni coinvolti nella plasticità sinaptica, alleviando la disfunzione in modo non invasivo.» Il consorzio ha impiegato l’optogenetica, una tecnica rivoluzionaria nel campo delle neuroscienze che prevede l’uso della luce per controllare e manipolare l’attività di specifici neuroni nei tessuti viventi. Tradizionalmente, questo metodo viene utilizzato per studiare il ruolo svolto da specifici circuiti neurali in condizioni di salute e malattia.
Somministrare proteine di origine vegetale al cervello
L’optogenetica si basa sull’introduzione di proteine sensibili alla luce, come le opsine, in specifici tipi di neuroni. Queste proteine, che possono provenire da microrganismi, sono in grado di attivare o inibire il neurone in cui vengono espresse se vengono esposte alla luce visibile. NEUROPA è ricorso all’impiego di fotorecettori di origine vegetale, noti come fitocromi, che possono essere attivati da lunghezze d’onda nella gamma del vicino infrarosso. «Abbiamo voluto concentrarci sui fotorecettori attivati dalla luce rossa perché la radiazione penetra più in profondità nei tessuti biologici, consentendoci di vedere attraverso il cranio», spiega Rafailov. Il protocollo prevedeva la somministrazione di virus adeno-associati (AAV, adeno-associated virus) per trasportare i fitocromi attraverso il naso e la barriera ematoencefalica fino a specifici circuiti cerebrali. Per dare avvio all’eccitazione neuronale è stato impiegato un laser esterno compatto a impulsi ultracorti, sviluppato nel corso dello svolgimento del progetto.
Migliorare l’apprendimento motorio
I ricercatori hanno convalidato con successo il loro concetto in vivo in topi affetti da MH attivando i fitocromi nell’area corticale premotoria, il che ha consentito di modulare la plasticità sinaptica e di migliorare l’apprendimento motorio degli animali, in un contesto nel quale gli astrociti svolgevano un ruolo più rilevante rispetto ai neuroni corticali. L’attività neuronale in seguito alla stimolazione mediante fitocromi è stata monitorata in modo non invasivo nel flusso sanguigno cerebrale utilizzando un metodo modificato di spettroscopia a diffusione di onde, che fungerà da strumento innovativo per valutare gli effetti generati dagli interventi rilevando i cambiamenti innescati nei circuiti cerebrali in seguito alla modulazione dei fitocromi. Inoltre, per consentire una comprensione più completa dei meccanismi di modulazione cerebrale, i ricercatori hanno proposto di impiegare fitocromi coniugati con diverse proteine che, una volta attivate, sono in grado tanto di ridurre quanto di incrementare la segnalazione intracellulare. Nonostante le difficoltà registrate nello sviluppo di una configurazione sperimentale in grado di testare i componenti di laser, fitocromi e virus, il progetto è riuscito a sviluppare un concetto di modulazione neurale innovativo e non invasivo. «In qualsiasi progetto nel quale si sviluppano varie tecnologie tra loro dipendenti, la fase di integrazione deve essere graduale e concepita con molta attenzione», conclude Rafailov. La tecnologia risulta promettente per la teranostica nei pazienti affetti da disturbi cerebrali; inoltre, a lungo termine vi sono potenziali miglioramenti dei risultati clinici all’orizzonte. L’approccio di NEUROPA rappresenta un significativo passo in avanti verso l’obiettivo di gestire con efficacia le complessità dei disturbi cerebrali, prestando particolare attenzione alla precisione e alla mancanza di invasività.
Parole chiave
NEUROPA, optogenetica, fitocromo, morbo di Alzheimer, corteccia cerebrale, opsina, malattia di Huntington, fotorecettore, flusso sanguigno cerebrale, spettroscopia a diffusione di onde