Un Nuovo Sensore Proteico Permette di Visualizzare i Segnali Cerebrali in Ingresso in Tempo Reale

Ricercatori provenienti dall'Istituto Allen e dal Janelia Research Campus dell'HHMI hanno compiuto un passo avanti significativo nello studio dell'attività cerebrale sviluppando una proteina specializzata capace di registrare i segnali chimici in arrivo dai neuroni. Questo indicatore molecolare del glutammato, denominato iGluSnFR4, è stato progettato per catturare con precisione il rilascio di glutammato, il principale neurotrasmettitore eccitatorio presente nel sistema nervoso centrale. I risultati di questa ricerca sono stati recentemente diffusi sulla rivista Nature Methods, grazie al contributo del team del progetto GENIE.

La caratteristica distintiva di questo nuovo sensore risiede nella sua straordinaria sensibilità. È in grado di rilevare il glutammato con una risoluzione tale da poter distinguere il rilascio da una singola vescicola sinaptica, ovvero la liberazione di singole dosi di molecole di neurotrasmettitore. I principali autori di questo studio sono il Dottor Kaspar Podgorski, ricercatore senior presso l'Istituto Allen, e il Dottor Jeremy Hasseman del Janelia Research Campus. Il Dottor Podgorski ha sottolineato come, in precedenza, gli scienziati potessero monitorare soltanto gli impulsi elettrici in uscita, limitando la comprensione dei processi interni al cervello. Il nuovo strumento supera questa limitazione, consentendo di sorvegliare direttamente il modo in cui i neuroni ricevono le informazioni, un aspetto cruciale per decifrare i modelli di input che plasmano la memoria e le funzioni cognitive.

Il sensore iGluSnFR4 è disponibile in due configurazioni distinte per adattarsi a diverse esigenze sperimentali. Esiste la versione iGluSnFR4f, caratterizzata da una rapida disattivazione, ideale per tracciare le dinamiche sinaptiche più veloci. Parallelamente, è stata sviluppata la variante iGluSnFR4s, che presenta una disattivazione più lenta, pensata per registrare l'attività di popolazioni sinaptiche più ampie. Durante la fase di sviluppo, il team ha esaminato oltre mille varianti del sensore. I test sono stati condotti utilizzando la microscopia a due fotoni in diverse aree cerebrali, inclusa la corteccia visiva dei topi, garantendo così la robustezza del sistema in contesti biologici reali.

Questo progresso tecnologico apre orizzonti inediti per la ricerca sulle malattie neurodegenerative e sui disturbi psichiatrici. È ben noto, infatti, che una segnalazione anomala del glutammato è implicata in patologie quali il morbo di Alzheimer, la schizofrenia, l'autismo e l'epilessia. Un monitoraggio più accurato di questi segnali potrebbe accelerare la scoperta delle cause scatenanti e lo sviluppo di nuove terapie. In particolare, le aziende farmaceutiche potranno ora verificare l'effetto dei farmaci sperimentali sull'attività sinaptica in tempo reale, un vantaggio non indifferente nel processo di drug discovery.

In linea con i principi della scienza aperta, il sensore iGluSnFR4 viene messo a disposizione della comunità scientifica attraverso il repository no-profit Addgene. Questa scelta strategica mira a favorire la sua rapida adozione nelle metodologie di ricerca più avanzate, come ad esempio l'elettrofisiologia basata su Neuropixels. Rendere lo strumento accessibile a tutti è un modo concreto per far progredire la neuroscienza collettivamente, permettendo a laboratori di tutto il mondo di indagare i meccanismi fondamentali del cervello con una chiarezza senza precedenti.