venerdì 11 aprile 2014

Luce e Cervello (la Neurofotonica) - 1

– una sintesi tra medicina neuro-rigeneratica e optogenetica
di Alberto Carrara, LC

Danni al sistema nervoso centrale (SNC) provocati da lesioni traumatiche o da disturbi neurologici possono portare alla perdita permanente della funzione motoria volontaria e a paralisi muscolare.

Un gruppo di ricercatori del Medical Research Council (MRC) Centre for Developmental Neurobiology, King’s College London, Guy’s Hospital Campus, del MRC Centre for Neuromuscular Diseases, UCL Institute of Neurology e del Sobell Department of Motor Neuroscience and Movement Disorders, University College London (UCL) Institute of Neurology di Londra (UK), guidati da Ivo Lieberam e Linda Greensmith, hanno pubblicato un interessante lavoro nel campo di quella che si potrebbe considerare la “neurofotonica”.

Di cosa tratta il lavoro? E che cos’è la “neurofotonica”?


Iniziamo per quest’oggi a rispondere alla prima domanda.

Un nuovo modo di controllare i muscoli attraverso la luce sembra dare i primi importanti risultati. Così sintetizzano una recentissima pubblicazione su Science (Published online April 4 2014 doi:10.1126/science.1248523): “A new way to artificially control muscles using light, with the potential to restore function to muscles paralysed by conditions such as motor neuron disease and spinal cord injury, has been developed by scientists at UCL and King’s College London”.

L’articolo di Lieberman e Greensmith si intitola Optical Control of Muscle Function by Transplantation of Stem Cell–Derived Motor Neurons in Mice, e descrive un approccio innovativo che, eludendo i meccanismi patologici (o eziopatologici) di certe condizioni cliniche che coinvolgono il circuito motorio centrale, mira a ripristinare una specifica funzionalità del muscolo scheletrico.

Gruppo di ricerca del prof. Greensmith
Attraverso tecnologie di biotecnologie innovative che sfruttano la ormai consueta tecnologia del DNA-ricombinante e le più sofisticate tecnologie molecolari di estrazione, purificazione, clonaggio, etc. i ricercatori hanno prodotto cellule embrionali staminali murine provenienti da motoneuroni che esprimono (dal punto di vista di espressione genetica e proteica) il canale ionico fotosensibile denominato channelrhodopsin-2 (the light-sensitive ion channel channelrhodopsin-2).

Queste cellule vennero poi innestate nelle terminazioni parzialmente denervate del nervo sciatico di topi adulti.

Questi neuroni motori con l’innesto, non soltanto re-innervavano i soggiacenti muscoli posteriori degli arti, bensì permettevano che la loro funzionalità venisse “riparata” / “ripristinata” (restore) in modo controllato mediante stimolazione optogenetica.


Questa sintesi della medicina rigenerativa e optogenetica può costituire una strategia efficace per ripristinare la funzionalità muscolare dopo una lesione traumatica o a seguito di un processo morboso (patologico).

Questo lavoro scientifico costituisce un valido esempio e modello di come l’optogenetica possa applicarsi al controllo dei motoneuroni.

Il controllo optogenetico, mediato dalla luce, permette una sorta di differenziazione controllata. Questi topi i neuroni ingegnarizzati o trans-genici erano in grado, non solo di ristabilire le connessioni tra il nervo sciatico danneggiato ma, una volta attivati attraverso una stimolazione ottica localizzata, erano in grado di indurre la contrazione muscolare, cioè di ripristinare la funzionalità del controllo neuro-anatomico muscolare.

Ecco qui il modello dell’alleanza tra optogenica e la cosiddetta “medicina traslazionale” (translational medicine). 

Inizia un nuovo settore della ricerca e riflessione neurobioetica: la neurofotonica! Nei prossimi giorni ne illustrerò i fondamenti e descriverò questo nuovo settore di ricerca

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