Un neurone per volta, indagini in neuroscienze

Un antico adagio che recitava “un passo per volta”, potrebbe essere declinato in un metodo all’avanguardia per lo studio cervello. In questo caso si tratterebbe di un neurone alla volta, per comprenderne la forma, isolandolo dalle connessioni del tessuto cerebrale.

L’intuizione è frutto di un lavoro sinergico che ha coinvolto l’Università di Pisa e l’Istituto di psichiatria e neuroscienze di Parigi, il risultato della ricerca è stato pubblicata su Nature Communications.  “I miliardi di neuroni ‘impacchettati’ nel nostro cervello – spiega Nicola Vanello, docente di bioingegneria presso il dipartimento di ingegneria d’informazione e il Centro Piaggio dell’Università di Pisa – costituiscono una vera e propria giungla, tenuta insieme da connessioni molto complesse. Isolare un singolo albero è estremamente difficile. Poter caratterizzare un neurone singolo preso da un tessuto di un essere vivente è sempre stato un obiettivo primario per la comunità scientifica. Senpai ci consente di segmentare neuroni ex vivo su scala cellulare e subcellulare, di caratterizzare l’arborizzazione neuronale, i diametri dei rami dendritici o la densità delle spine in modo più accurato e fedele rispetto agli attuali algoritmi e strumenti di elaborazione delle immagini”.

Si è così arrivati a produrre immagini ad alta risoluzione della morfologia dei neuroni, caratterizzandone i circuiti fino a scale estremamente ridotte. “Particolarmente importante è la caratterizzazione delle spine dendritiche – prosegue Simone Cauzzo, post-doc in bioingegneria e primo autore dell’articolo – che sono responsabili degli input elettrici tra le sinapsi. Dalla loro forma, dimensione e numero dipendono funzioni come l’apprendimento, la memoria e la motivazione. Infatti, alterazioni di questi parametri e dunque dell’attività sinaptica sono riscontrabili in molte condizioni patologiche, come l’Alzheimer, e in diverse disfunzioni cerebrali”.

A sviluppare questo metodo sono stati i bioingegneri dell’Università di Pisa nell’ambito del progetto Sensei del Centro di ricerca di Ateneo E. Piaggio, finanziato dal Mur per il programma Flag-Era, e si fonda su tecniche avanzate di acquisizione delle immagini dei campioni di tessuto cerebrale, successivamente elaborate da un algoritmo, in grado di segmentare i singoli neuroni e ricostruire un modello in 3D.