Reti di cellule nervose visualizzate con la microscopia fluorescente ad alta velocità e poi ricostruite al computer. A sinistra una rete integra e coordinata, a destra una rete disordinata dopo una interruzione. (Fonte: FAU / Jana Wrosch)

Un ictus è solo un esempio di una condizione che vede l'interruzione della comunicazione tra le cellule nervose, i neuroni. Dei micro-guasti nel funzionamento del cervello si verificano anche in condizioni come la depressione e la demenza.

Nella maggior parte dei casi, la capacità persa torna dopo un po'. Tuttavia, spesso rimane il danno conseguente, così che la funzionalità funzionale può essere ripristinata solo attraverso un lungo trattamento, e non sempre.

Per questo motivo i ricercatori della Friedrich-Alexander-Universität di Erlangen-Norimberga (FAU) hanno guardato a ciò che accade durante tali fasi di interruzione e hanno esaminato i possibili modi per prevenire i danni e accelerare il processo di guarigione. I loro risultati sono stati pubblicati di recente su Scientific Reports.

Il gruppo di ricerca, guidato da Jana Wrosch della facoltà di psichiatria e psicoterapia della FAU, ha scoperto che, mentre le vie di comunicazione sono bloccate, avvengono alterazioni significative nelle cellule neurali. Le reti di neuroni si ricollegano durante tali periodi di inattività e diventano ipersensibili.

Se pensassimo ai percorsi di comunicazione normali come ad autostrade, quando vengono bloccati, nel cervello si verifica una forma di caos nel traffico, dove le informazioni vengono deviate in forma disorganizzata lungo le cosiddette vie laterali e percorsi alternativi. Ovunque sono generate sinapsi aggiuntive e cominciano a operare.

Quando il segnale è ripristinato, non esistono più i percorsi di informazione che prima erano coordinati e, come nel caso di un bambino, devono essere apprese da zero le funzioni specifiche. Poiché non ricevono segnali normali durante la fase del malfunzionamento del cervello, le cellule nervose diventano anche più sensibili, nel tentativo di trovare i segnali mancanti. Una volta che i segnali tornano, si possono sovra-eccitare.

Le cellule nervose vibrano quando vengono marcate

Visualizzare le connessioni microscopiche tra le cellule nervose è una grande sfida tecnica. Le tecniche microscopiche convenzionali attualmente disponibili, come la microscopia elettronica, richiedono sempre un trattamento preliminare delle cellule nervose che devono essere sottoposte all'esame. Tuttavia, ciò induce le cellule nervose a morire, rendendo impossibile osservare le alterazioni che si verificano nelle cellule.

Per aggirare questo problema, la Wrosch e la sua squadra hanno sviluppato un processo di microscopia ad alta velocità, insieme a software informatici speciali che permettono di visualizzare le reti di comunicazione dei neuroni viventi. Si inizia facendo un video delle cellule, prendendo un'immagine ogni 36 millisecondi. Si usa un colorante speciale per marcare le cellule, e garantire che le singole cellule brillino ogni volta che ricevono un segnale. Successivamente il software riconosce queste cellule sulle immagini video e rileva i percorsi informativi attraverso i quali i segnali vengono trasmessi da una cellula all'altra.

Le cellule nervose vengono quindi esposte al veleno tetrodotossina del pesce-palla per simulare il blocco dei canali di comunicazione che avviene nei disturbi. Dopo aver indotto fasi di lunghezze diverse di interruzione delle comunicazioni, i ricercatori rimuovono la tossina dalle cellule e determinano come sono cambiate le reti delle cellule nervose durante l'esposizione.

"Grazie a questo metodo, siamo finalmente capaci di scoprire cosa succede quando la comunicazione è bloccata", spiega la Wrosch. "Ora possiamo provare a sviluppare farmaci che aiutano a prevenire questi cambiamenti dannosi".

Nei progetti futuri, il team di ricerca prevede di esaminare l'esatta modalità di azione dei farmaci antidepressivi sulle reti delle cellule nervose e intende trovare nuovi approcci per creare farmaci più efficaci.