Imaging neuronale in tempo reale ad alta risoluzione

Rispetto alla maggior parte delle altre cellule del corpo, che hanno una forma quasi sferica, i neuroni presentano una morfologia unica e hanno estensioni specializzate per l’invio e la ricezione delle informazioni. Da una zona della cellula si estende infatti un albero dendritico ramificato, mentre da un’altra esce un unico, lungo assone.

Queste cellule, inoltre, sono piuttosto piccole, i dendriti ancora di più e, per complicare ulteriormente la situazione, presentano piccole protrusioni simili a funghi chiamate spine dendritiche. È proprio questo il luogo dove le sinapsi, cioè le giunzioni tra i neuroni, svolgono il loro importantissimo ruolo e, purtroppo, anche dove hanno origine molte malattie neurologiche.

Considerate le dimensioni estremamente ridotte e la rapida dinamica, lo studio in situ di queste cellule si è rivelato molto difficile. Gli scienziati hanno avviato perciò il progetto DYNASPINE (“Nanoscale photoactivation and imaging of synaptic spine dynamics”), finanziato dall’UE, per sviluppare e applicare tecniche appropriate a quest’area di ricerca, con l’obiettivo di correlare tra loro struttura e funzione delle singole sinapsi in tempo reale.

La segnalazione neuronale si basa su una complicata interazione di componenti chimici ed elettrici. La tensione presente lungo la membrana è variabile, i pori delle membrane si aprono e si chiudono, gli ioni e le molecole entrano ed escono. Persino il numero, le dimensioni e la forma delle spine cambiano e dimostrano quindi plasticità. Queste modifiche possono corrispondere a un aumento della forza sinaptica che si protrae per periodi prolungati (potenziamento a lungo termine) che può essere indotto anche tramite una stimolazione ripetuta, con un fenomeno che è probabilmente parte dei processi di apprendimento e di memoria.

Gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di registrazioni elettrofisiologiche e una delle tecniche più avanzate di microscopia ad alta risoluzione, la microscopia a deplezione di emissione stimolata, liberando il glutammato foto-rilasciabile, un neurotrasmettitore eccitatorio, per stimolare i recettori delle singole sinapsi.

Gli esperimenti hanno rivelato la plasticità della spina durante il potenziamento, in particolare l’accorciamento e l’allargamento del collo, mostrando anche che questi cambiamenti strutturali comportano effetti imprevedibilmente diversi sulla segnalazione chimica ed elettrica ed evidenziando un nuovo livello di complessità della funzione delle spine dendritiche neuronali.

Il progetto DYNASPINE ha aperto nuove prospettive sul funzionamento delle spine dendritiche e i futuri sviluppi di questa interessante direzione di ricerca susciteranno senza dubbio grande interesse nella comunità delle neuroscienze.