Ricerche

Con il loro sistema laser personalizzato, i ricercatori hanno scoperto che l'aumento dell'attività in specifici circuiti neuronali inibitori riduce il flusso ematico cerebrale e il volume, mentre l'attività eccitatoria fa aumentare il flusso sanguigno e il volume. (Fonte: The Bauer Lab)Il morbo di Alzheimer (MA) e la schizofrenia sono alcune delle malattie del cervello più comuni e sono state associate a problemi nelle cellule che contengono la proteina parvalbumina.

Queste cellule contenenti parvalbumina rappresentano quasi un decimo delle cellule nel cervello, e tuttavia si sa relativamente poco su cosa fanno le cellule di parvalbumina. Stimolando il cervello dei topi con i laser, i ricercatori hanno iniziato a fare scoperte sorprendenti su come funzionano.

I ricercatori del laboratorio del dott. Adam Q. Bauer, della Washington University di St. Louis negli Stati Uniti, hanno trovato cambiamenti sorprendenti nel volume e nel flusso del sangue quando vengono stimolate le cellule contenenti parvalbumina.

La tecnica che hanno usato è stata applicata a topi appositamente allevati il cui cervello può essere stimolato con impulsi laser. Presenteranno le loro scoperte all'OSA Biophotonics Congress: Optics in the Life Sciences a Tucson/Arizona dal 14 al 17 aprile 2019.

Si ritiene che le cellule che esprimono parvalbumina, uno dei principali tipi di cellule inibitrici del cervello, si occupino di mantenere in sincrono i segnali senza fine del cervello. Poiché il corretto sviluppo del sistema nervoso si basa sui nervi che 'sparano' ripetutamente segnali tra di loro nel tempo, si è scoperto che guidare questa sinfonia neurale è una parte importante della regolazione delle connessioni tra le cellule cerebrali, che consente loro di svilupparsi normalmente.

La tecnica di stimolazione del cervello con segnali luminosi, chiamata optogenetica, ha aumentato molto la nostra comprensione di come funziona il cervello, compreso il modo in cui il nostro cervello elabora la paura e il nostro senso dell'olfatto, o ciò che ci fa diventare dipendenti da droghe.

"L'optogenetica è conveniente, poco invasiva e ripetibile", ha detto Joonhyuk Lee, uno dei ricercatori del gruppo di Bauer. "Ed è più semplice. Non devi attaccare alcuna sonda nel cervello del topo o altro".

All'inizio i ricercatori hanno allevato topi che esprimevano una speciale proteina sensibile alla luce chiamata channelrhodopsin in tutto il cervello. La channelrhodopsin è stata originariamente trovata nelle alghe, ma gli scienziati possono usarla per scegliere quali parti del cervello del topo attivare. Colpisci quell'area del cervello del topo con il laser colorato giusto e puoi attivare un circuito neurale desiderato.

Il gruppo ha allevato topi che avevano channelrhodopsin attaccata ai neuroni esprimenti parvalbumina e topi con channelrhodopsin su cellule eccitatorie esprimenti Thy1, per confronto. Con ogni gruppo, sono riusciti a stimolare il cervello del topo con i laser e a confrontare i risultati.

Quando si stimola la maggior parte dei neuroni, ha detto Lee, il cervello fornisce loro più sangue e ossigeno. Ciò si è verificato con le cellule Thy1 eccitatorie, ma le scoperte del laboratorio relative al flusso sanguigno e al volume hanno rivelato la risposta opposta quando sono state stimolate le cellule che esprimono parvalbumina.

"Il modo in cui l'attività in specifiche popolazioni neurali si accoppia ai cambiamenti locali nel flusso sanguigno è fondamentale per capire come il cervello regola il suo apporto di sangue", ha detto Lee.

Gli scienziati hanno concluso che le cellule che esprimono parvalbumina hanno un modo di attrarre e regolare l'afflusso di sangue nelle aree in cui sono attivate. I ricercatori hanno misurato i livelli di sangue e ossigeno sparando sul cervello un sistema laser separato, chiamato laser speckle contrasting imaging.

Quando toccavano i baffi dei topi, Lee e i suoi colleghi hanno scoperto per la prima volta che, quando erano eccitate, le cellule di parvalbumina potevano ridimensionare il sangue e l'ossigeno disponibili nelle vicinanze. Il gruppo ha poi misurato diverse aree del cervello e ha scoperto che le cellule di parvalbumina potevano aiutare a ritrasmettere messaggi agli angoli lontani del cervello per cambiare la loro emodinamica o il flusso sanguigno.

"Non ci aspettavamo davvero che l'attivazione dei neuroni che esprimono parvalbumina si sarebbe tradotta in una riduzione del flusso sanguigno e del volume locale", ha detto Lee. "Ancor di più, anche se potrebbe essere una causa indiretta, il fatto che abbiamo visto un'attività emodinamica simile in aree più distanti del cervello è stato molto sorprendente".

Alla fine, Lee ha detto di sperare che i risultati e le tecniche possano aiutare a capir meglio il ruolo della parvalbumina nell'accoppiamento neurovascolare e fornire un altro tassello del modo in cui influenza lo sviluppo del cervello o la formazione dei disturbi neurologici.