Guarire i danni alla spina dorsale attivando i muscoli come fossero interruttori: ecco a voi l’optogenetica

Alcuni anni fa i ricercatori della Stanford University scoprirono che neuroni a cui fosse stato iniettato un gene fotosensibile ricavato dalle alghe potevano venire accesi o spenti con il semplice tocco di un interruttore. Da qui è nato un sempre maggiore interesse verso l’optogenetica, cioè quella tecnica che studia i comportamenti cellulari attraverso l’interazione fra la luce e alcune proteine artificialmente introdotte nel patrimonio genetico di una cellula e che vengono da questa prodotte. Oggi, ricercatori di tutto il mondo utilizzano questi interruttori della luce genetici per controllare determinati neuroni negli animali ed osservarne il ruolo nel caso di un numero in continua crescita di funzioni e malattie cerebrali, incluse la memoria, la dipendenza, la depressione, il morbo di Parkinson ed i danni alla spina dorsale. La rivista Nature Medicine ha pubblicato un’interessante scoperta realizzata dalla Stanford University con a capo del progetto il prof. Karl Deisseroth, professore associato di bioingegneria e di psichiatria e scienze comportamentali nella suddetta università. In pratica con questo studio si possono stimolare i neuroni con la luce inserendo una particolare proteina, denominata channelrhodopsin. Duque la grande scoperta permetterebbe, utilizzando delle proteine provenienti da un’alga unicellulare e dei minuscoli led posti sui nervi, di far attivare i neuroni e dunque di muovere i muscoli. Fino ad ora questa soluzione è stata provata sui topi con ottimi risultati. Quando un neurone modificato è esposto a luce blu, la proteina inizia l’attività elettrica all’interno della cellula che poi si diffonde da neurone a neurone. Questa è dunque una tecnica molecolare capace di controllare interi circuiti di neuroni piuttosto che una singola cellula e darà la possibilità agli scienziati di studiare il ruolo di intere reti di neuroni del cervello. In questo modo le cellule sotto osservazione sono molto più sensibili alla luce e ciò permette un maggiore controllo dell’attività neurale con una precisione senza precdedenti.

Ad oggi, gli scienziati si sono concentrati su due interruttori per la luce, chiamati opsine, per attivare o inibire i neuroni. La prima, chiamata channelrhodopsin, è una proteina propria alle membrane cellulari delle alghe verdi. Se esposta ad una luce di colore blu, queste proteine causano l’apertura delle membrane cellulari, permettendo l’ingresso di ioni di sodio e calcio. Inserite geneticamente nei neuroni dei mammiferi, queste proteine portano a influssi di ioni non dissimili, provocando l’attivazione dei neuroni. Il secondo interruttore della luce, una pompa per ioni chiamata halorhodopsin, permette l’ingresso di ioni di cloro quando esposta a luce gialla, provocando l’inibizione del neurone. L’uso della halorhodopsin ha però qualche controindicazione. Non inibisce completamente il neurone, e tende ad accumularsi, portando ad effetti tossici per il cervello. La squadra di Deisseroth ha sviluppato un interruttore per spegnere il neurone più efficace sfruttando il fenomeno chiamato “trafficking cellulare di membrana.” Invece di trattenere la halorhodopsin all’interno della cellula, a tutti gli effetti Deisseroth ha inserito delle istruzioni molecolari che guidino le opsine nella cellula e le conducano alla membrana esterna da dove possono rispondere più prontamente alla luce e aprire canali ionici per inibire il neurone.

Michael Llewellyn, un ex studente laureato nel laboratorio di Delp, coautore del progetto insieme a Deisseroth, ha messo a punto un minuscolo LED sui nervi sciatici di alcuni topi anestetizzati e dopo ci ha mandato sopra la luce per alcuni millisecondi. Ciò ha fatto si che imuscoli delle zampe dei topi si contraessero, notando come queste contrazioni erano molto più simili alla normale attività uscolare di quelle elettriche. I muscoli sono costituiti da due fibre diverse: fibre resistenti alla fatica che vengono in genere utilizzate per attività che richiedono un controllo accurato per lunghi periodi, e le fibre più veloci che possono produrre forze superiori, ma sono più inclini alla fatica. Quando i muscoli sono stimolati con impulsi elettrici, le fibre veloci si attivano prima a differenza invece dell’interruttore optogenetic, che invece segue il normale ordine fisiologico: le fibre lente in primo luogo, le fibre veloci dopo. Modificando l’intensità della luce, Llewellyn scoprì che poteva anche attivare solo le fibre lente, cosa impossibile con la stimolazione elettrica. Si spera dunque di arrivare a studiare fenomeni come paralisi, sla ed altre malattie neuromuscolari e magari trovare delle soluzioni o comunque dei metodi per migliorare la vita dei pazienti.

Se si potessero stimolare i muscoli in ordine corretto più volte nel corso del tempo, si potrebbero recuperare un sacco di funzionalità muscolare e questo potrebbe aiutare i pazienti a preservare la paralisi delle fibre muscolari lente e questo sarebbe un risultato eccezionale.

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