Lo studio che anticipa la rivoluzione nel campo delle neuroscienze

Viene pubblicato oggi, sulla rivista scientifica internazionale Nature Communications, un innovativo lavoro su una tecnica capace di evidenziare in tempo reale l’attività delle connessioni tra neurone e neurone. Capo dell’équipe è il professor Antonio Malgaroli, professore di Fisiologia e di Neuroscienze presso la facoltà di Psicologia dell’Università Vita-Salute San Raffaele. Dell’équipe fanno parte alcuni giovani ricercatori, Mattia Ferro, Jacopo Lamanna, Maddalena Ripamonti, Gabriella Racchetti e Vincenzo Zimarino. Il loro lavoro è dedicato alla memoria del noto immunologo italiano Riccardo Cortese, che ha sviluppato il vaccino per ebola, deceduto nel marzo 2017.

Va premesso che il contatto tra un neurone e un altro neurone si chiama sinapsi e la trasmissione dell’impulso nervoso avviene attraverso molecole chiamate, opportunamente, neuro-trasmettitori. Queste sono contenute in delle vescicole e vengono da queste liberate e immesse nello strettissimo spazio inter-neuronico. Non sorprende, quindi, che la nuova molecola ideata e prodotta da questi ricercatori si chiami SynaptoZip (proprio così: zip, come in una chiusura lampo). L’articolo è molto dettagliato, con precise descrizioni tecniche e molte belle immagini. Chiedo a Malgaroli, in un’intervista in esclusiva per il Foglio, di spiegarci in termini semplici in che cosa consiste questa loro nuova tecnica. Così mi precisa: “L’idea vincente è stata quella di ‘colorare’ l’interno delle vescicole sinaptiche nell’attimo in cui esse liberano il neurotrasmettitore. In questo modo i circuiti che comunicano diventano visibili, con una intensità di colorazione che riflette il livello di attività del circuito sinaptico”. Gli chiedo se questa visualizzazione viene fatta in vitro, coltivando i neuroni in una capsula, oppure in vivo, direttamente nell’animale (il topo). Mi risponde che la cosa più straordinaria è che questa metodica non solo è quantitativa ma funziona in vivo e quindi può essere usata per comprendere le basi del comportamento. Oso spingerlo un po’ nel dettaglio, chiedendogli in che cosa consiste questa prodigiosa molecola, appunto, la SynaptoZip. “Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo disegnato a tavolino questa molecola, la SynaptoZip. Si tratta di una proteina che normalmente si trova integrata nella membrana delle vescicole sinaptiche, ma è stata da noi ingegnerizzata per legare un piccolo tracciante, chiamato Synbond, che può essere ‘colorato’ con un qualsivoglia colore fluorescente”. Questo, preciso io per chiarezza, comporta vedere direttamente queste colorazioni nel cervello “aperto” dell’animale, operazione certo non possibile nell’uomo, salvo situazioni cliniche eccezionali, quando i chirurghi operano sul cervello. Mi risponde che in futuro si potrebbe realizzare una marcatura con un isotopo radioattivo, rivelabile anche dall’esterno, o con una molecola con proprietà magnetiche. Malgaroli aggiunge che, al momento dell’attivazione sinaptica, Synbond viene catturato in modo estremamente attività-dipendente, marcando così, nell’intervallo sperimentale, la storia cumulativa dell’attività delle singole sinapsi appartenenti a un qualsivoglia circuito cerebrale.

La mia domanda successiva è che cosa si faceva, fino a ora, in questo settore? In che cosa la loro nuova tecnologia è migliore? Malgaroli mi dice: “Purtroppo, l’armamentario a disposizione dei neuroscienziati per misurare l’attività dei circuiti neuronali e per correlare questa attività con un determinato comportamento – umano o animale – è ancora molto povero. Tale armamentario comprende metodiche molto precise, ma poco informative sull’attività globale (ad esempio quelle che ci permettono di registrare l’attività elettrica di una singola sinapsi), oppure metodi di misura meno specifici e a più basso ingrandimento, quali le tecniche di Brain Imaging, che purtroppo guardano ad eventi su scale temporali molto più lunghe e mancano della risoluzione spaziale necessaria per risolvere le sinapsi individuali”. In sostanza, quindi, i neuro-scienziati non riescono ancora a sapere dove vengono codificate le attività della mente e quali circuiti sinaptici partecipano. Questa limitazione è il più grosso blocco che ostacola lo sviluppo delle neuroscienze e delle neuroscienze cognitive.

Inevitabile, fiocca la domanda su possibili applicazioni pratiche. Ecco la risposta: “SinaptoZip è stato utilizzato nella corteccia visiva, valutando il grado e la distribuzione spaziale dell’attivazione sinaptica a seguito di impulsi luminosi applicati all’occhio dell’animale (gli impulsi erano banali stimoli on-off, ma con immagini più complesse il risultato potrebbe essere molto più interessante). Esperimenti simili sono stati condotti nella corteccia prefrontale dove abbiamo riscontrato un livello di attività molto più elevato che nella corteccia visiva, presumibilmente legato alle numerose operazioni astratte che vengono svolte da questa regione corticale, anche a riposo. Nella corteccia prefrontale abbiamo inoltre esplorato l’effetto indotto da una singola iniezione di ketamina, oggi utilizzata in clinica come antidepressivo ad azione rapida, dimostrando che una singola dose di ketamina modifica l’attività di questi circuiti sinaptici, una modifica che permane almeno per una settimana dall’iniezione”. Va apprezzato, quindi, aggiungo io, il fatto che si possa rintracciare la causa primaria, neuronale e biochimica, di un farmaco di cui era solo noto l’effetto.

Lo spingo a guardare un po’ più lontano, anche se solo dovesse trattarsi di esperte congetture. Non esita, né si trincera dietro false modestie, e mi dice: “Al momento questa potentissima metodica non può essere applicata all’uomo, il suo impiego è limitato allo studio delle basi neurali del comportamento animale. Quindi, essa non permette ancora di affrontare alcune funzioni complesse quali il linguaggio, il ragionamento astratto, ma anche alcune patologie che sono esclusive dell’uomo. Si può però immaginare che a breve questa ricerca motiverà lo sviluppo di metodi analoghi che utilizzino molecole già presenti nel nostro cervello, e che quindi non richiedano modifiche di tipo genetico. Queste potrebbero essere facilmente applicate all’uomo e utilizzate per la diagnosi precoce di molteplici patologie neurologiche e psichiatriche. A nostro avviso le applicazioni future di questa tecnologia sono molto rilevanti e porteranno a un grosso progresso nel campo delle neuroscienze”.

Una breve chiosa, la mia. Vi sono fenomeni di realtà indubitabile, come la plasticità del cervello, specie in giovanissima età. Cioè, a seguito di ablazioni chirurgiche imposte da tumori o crisi epilettiche ricorrenti, una regione cerebrale finisce per svolgere le funzioni di una diversa regione, ora non più presente. Come questo succeda resta assai misterioso. Tecniche nuove, molecole nuove, come la SynaptoZip e Synbond (bond è il termine inglese per “legame”) abbinate a strumenti di indagine più sensibili, potranno un domani spiegare, tra altro, che cosa consente al giovanissimo cervello di essere “plastico”.