Il cervello come non si era mai visto: nuove tecniche ottiche di mappatura con risoluzione oltre 10 mila volte superiore a una risonanza con Human Brain Optical Mapping
Nuove tecniche ottiche per vedere dentro il cervello e il suo funzionamento, fino a livello del singolo neurone, conoscere con la massima precisione la sua fisiologia e agire sulle sue patologie. Un futuro che è già in parte realtà con il progetto scientifico “Human Brain Optical Mapping” promosso da ricercatori del Laboratorio Europeo di Spettroscopie non Lineari (LENS), Università di Firenze e Meyer con il sostegno di Fondazione CR Firenze. In occasione di un seminario all’Auditorium dell’Innovation Center di Fondazione CR Firenze sono stati presentati i primi risultati del lavoro che coinvolge un ampio team di scienziati ed è documentato in numerose pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali.
I ricercatori hanno sviluppato avanzatissimi microscopi che hanno la possibilità di visualizzare e mappare un intero cervello umano con una risoluzione enormemente superiore alla risonanza magnetica funzionale (oltre 10.000 volte di più). Nello stesso tempo sono state sviluppate metodologie biochimiche che hanno permesso di rendere i tessuti biologici trasparenti alla luce e “marcarli” con molecole fluorescenti specifiche: in questo modo si sono ottenute ricostruzioni tridimensionali di elevatissima risoluzione di circuiti neuronali in alcune aree come l’ippocampo, la corteccia motoria e l’area di Broca (quella legata al controllo del linguaggio).
Su modelli animali la ricerca ha dato risultati ancora più interessanti: il microscopio permette, infatti, di monitorare e anche “manipolare” in tempo reale l’attività neuronale in tutto l’encefalo di larve di pesce zebra. Grazie a questo sistema integrato con un dispositivo di stimolazione optogenetica (che usa cioè il laser) è stato possibile visualizzare e stimolare allo stesso momento l’attività del cervello, con una tecnica che si può definire “leggi&scrivi”. Sono state, inoltre, sviluppate – sempre su modelli animali – tecniche di analisi che permettono di monitorare l’effetto delle terapie riabilitative in caso di ischemia e di arrivare a predire se saranno efficaci.
“La ricerca è alimentata ogni giorno da tanti piccoli pezzi che sono necessari a ricomporre un puzzle molto più complesso – afferma Luigi Salvadori, Presidente di Fondazione CR Firenze -. Lo studio del cervello ne è un esempio importante: il lavoro di mappatura portato avanti da Lens, Università di Firenze e Meyer ha compiuto in questi anni tanti importanti passi avanti con l’obiettivo di arrivare a risultati sempre più incisivi nello studio del cervello. Questo è un momento di divulgazione che coinvolge soprattutto i giovani, cercando di trasmettere in loro l’importanza di credere nella ricerca e l’impegno di quanti hanno dedicato a questo la loro vita professionale. Ringrazio le istituzioni per il loro lavoro che ci auguriamo che possa essere d’ispirazione per i tanti ragazzi e ragazze presenti”.
“La sempre maggiore diffusione di malattie neuro-vegetative ci mette di fronte alla necessità di arrivare a comprendere i loro meccanismi eziopatogenetici, per poter intraprendere nuovi percorsi terapeutici – aggiunge Alessandra Petrucci, Rettrice dell’Università di Firenze – Per questo, il contributo di chi sostiene il progetto è di vitale importanza. Rinnovo il ringraziamento alla Fondazione CR Firenze per gli investimenti e il supporto al progetto, che ha aspetti traslazionali fondamentali e che, alla luce delle emergenze sanitarie dei nostri giorni, sta diventando indispensabile.
«Le ricerche realizzate sino a oggi in questo progetto dimostrano come la luce può essere utilizzata per studiare le funzioni e la fine organizzazione anatomico/cellulare del cervello – spiega Francesco Saverio Pavone, coordinatore scientifico del progetto, ordinario Dipartimento di Fisica, UNIFI -, come anche per controllarne il suo funzionamento. Questo permetterà in futuro di analizzare la riorganizzazione del cervello dopo eventi perturbativi anche dannosi, come ictus e malattie neurodegenerative, fornendo nuove indicazioni terapeutiche al fine di ristabilire l’equilibrio naturale dell’organo».
“Questo progetto – spiega il professor Renzo Guerrini, direttore del Centro di eccellenza di Neuroscienze del Meyer – ci sta permettendo di individuare le cause e avviare studi finalizzati alla cura di un ampio gruppo di malattie rare legate a meccanismi finora ignoti”.
Un filone di ricerche condotte presso l’Azienda ospedaliero-universitaria Meyer ha consentito di individuare nuove categorie di malattie del sistema nervoso del bambino che determinano un’alterazione dello sviluppo cerebrale umano prenatale e postnatale. Un altro studio, collegato al progetto, ha messo in evidenza le conseguenze delle alterazioni dell’equilibrio che regola il passaggio di sodio e potassio fra i compartimenti interni ed esterni dei neuroni cerebrali: oltre a causare importanti disturbi, arrivano a compromettere lo sviluppo del cervello fetale.