Il controllo a distanza di cervello e comportamento. Il nuovo studio e la sua applicazione

La proteina geneticamente modificata che applica il controllo a distanza il cervello e il comportamento, il nuovo metodo “Badass” utilizza una proteina magnetizzata per attivare le cellule cerebrali in modo rapido, reversibile e non invasivo.

Cosa porterà tutta questa invasività? Approfondiamo l’argomento.

I ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato un nuovo metodo per controllare i circuiti cerebrali associati a comportamenti animali complessi, utilizzando l’ingegneria genetica per creare una proteina magnetizzata che attiva gruppi specifici di cellule nervose a distanza.

Capire come il cervello genera il comportamento è uno degli obiettivi finali delle neuroscienze e una delle sue domande più difficili. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato una serie di metodi che consentono loro il controllo a distanza specifici gruppi di neuroni e di sondare il funzionamento dei circuiti neuronali.

Il più potente di questi è un metodo chiamato optogenetica , che consente ai ricercatori di attivare o disattivare popolazioni di neuroni correlati su una scala temporale millisecondo per millisecondo con impulsi di luce laser. Un altro metodo sviluppato di recente, chiamato chemogenetica , utilizza proteine ​​ingegnerizzate che vengono attivate da farmaci di design e possono essere mirate a specifici tipi di cellule.

Sebbene potenti, entrambi questi metodi presentano degli svantaggi. L’optogenetica è invasiva, richiede l’inserimento di fibre ottiche che trasportano gli impulsi luminosi nel cervello e, inoltre, la misura in cui la luce penetra nel tessuto cerebrale denso è fortemente limitata. Gli approcci chemogenetici superano entrambi questi limiti, ma in genere inducono reazioni biochimiche che impiegano diversi secondi per attivare le cellule nervose.

La nuova tecnica, sviluppata nel laboratorio di Ali Güler presso l’Università della Virginia a Charlottesville e descritta in una pubblicazione online anticipata sulla rivista Nature Neuroscience , non solo non è invasiva, ma può anche attivare i neuroni in modo rapido e reversibile.

Diversi studi precedenti hanno dimostrato che le proteine ​​delle cellule nervose attivate dal calore e dalla pressione meccanica possono essere ingegnerizzate geneticamente in modo che diventino sensibili alle onde radio e ai campi magnetici , legandole a una proteina che immagazzina il ferro chiamata ferritina oa particelle paramagnetiche inorganiche . Questi metodi rappresentano un progresso importante – ad esempio, sono già stati utilizzati per regolare i livelli di glucosio nel sangue nei topi – ma coinvolgono più componenti che devono essere introdotti separatamente.

La nuova tecnica si basa su questo lavoro precedente, e si basa su una proteina chiamata TRPV4, che è sensibile sia temperatura e forze traenti . Questi stimoli aprono il suo poro centrale, consentendo alla corrente elettrica di fluire attraverso la membrana cellulare; questo evoca impulsi nervosi che viaggiano nel midollo spinale e poi fino al cervello.

Güler ei suoi colleghi hanno ragionato che le forze di coppia magnetica (o rotanti) potrebbero attivare TRPV4 aprendone il poro centrale, e quindi hanno usato l’ingegneria genetica per fondere la proteina nella regione paramagnetica della ferritina, insieme a brevi sequenze di DNA che segnalano alle cellule di essere trasportate. proteine ​​alla membrana delle cellule nervose e inserirle in essa.

Il neuroscienziato Steve Ramirez dell’Università di Harvard, che usa l’optogenetica per manipolare i ricordi nel cervello dei topi, dice che lo studio è ” tosto “.

“I tentativi precedenti [utilizzando magneti per controllare l’attività neuronale] richiedevano più componenti per il funzionamento del sistema: iniettare particelle magnetiche, iniettare un virus che esprime un canale sensibile al calore, [o] fissare la testa dell’animale in modo che una bobina potesse indurre cambiamenti nel magnetismo “, spiega. “Il problema con un sistema multicomponente è che c’è così tanto spazio per la scomposizione di ogni singolo pezzo.”

“Questo sistema è un singolo, elegante virus che può essere iniettato ovunque nel cervello, il che rende tecnicamente più facile e meno probabile che si rompano le campane e i fischietti in movimento”, aggiunge, “e il loro equipaggiamento comportamentale è stato progettato in modo intelligente per contenere magneti se del caso in modo che gli animali possano muoversi liberamente. “

La “magnetogenetica” è quindi un’importante aggiunta alla cassetta degli attrezzi dei neuroscienziati, che senza dubbio sarà ulteriormente sviluppata e fornirà ai ricercatori nuovi modi di studiare lo sviluppo e la funzione del cervello.