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Luce infrarossa per studiare astrociti e edema cerebrale

Un lampo di luce infrarossa per studiare gli astrociti e l’edema cerebrale  

I ricercatori degli Istituti per la sintesi organica e la fotoreattività e per lo studio dei materiali nanostrutturati del Cnr, in collaborazione con le Università di Vanderbilt, Bari e Bologna, hanno dimostrato di poter eccitare gli astrociti con la luce infrarossa.

Lo studio è importante per definire i meccanismi alla base di patologie quali l’edema cerebrale, l’ischemia, la progressione del glioma, dell’ictus e dell’epilessia. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sul Faseb Journal. Nel lavoro pubblicato sulla rivista Faseb Journal, i ricercatori dell’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività (Cnr-Isof) e dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (Cnr-Ismn) del Consiglio nazionale delle ricerche di Bologna, in collaborazione con le Università di Bari, di Bologna e di Vanderbilt, hanno dimostrato che un lampo di luce laser infrarosso di soli 8 millesimi di secondo può modulare la funzione degli astrociti, la cui funzione principale è quella di sensori e controllori della composizione e delle caratteristiche dello spazio extracellulare cerebrale.

Per farlo, gli astrociti trasportano e ridistribuiscono continuamente ioni e acqua e attivano segnali di calcio intracellulare: dinamiche fondamentali per funzioni del cervello come la sinapsi, il sonno e la memoria, la cui alterazione negli astrociti è invece causa di patologie come edema, l’ischemia, il glioma, l’ictus e l’epilessia. “Lo studio dimostra che è possibile attivare tali dinamiche in tempo reale, in spazi di milionesimi di millimetro, semplicemente usando lo stimolo di luce infrarossa, senza usare modificazioni genetiche o molecole che rendano le cellule sensibili alla luce, come invece avviene nell’optogenetica o nella chemogenetica”, dichiara la coordinatrice dello studio Valentina Benfenati del Cnr-Isof. “Un passo importante per chiarire la funzione degli astrociti nel cervello, ma anche per lo sviluppo di approcci terapeutici di frontiera per malattie incurabili come l’edema cerebrale, caratterizzate da alterato trasporto di acqua e ioni”.

L’analisi all’Università di Vanderbilt

L’analisi è stata possibile utilizzando la stimolazione nervosa a infrarossi (Ins) messa a punto da Anita Mahadevan-Jansen dell’Università di Vanderbilt, fino ad oggi utilizzata solo per eccitare o inibire i neuroni. Questo lavoro è anche la prima dimostrazione di una tecnologia in grado di modulare il flusso di acqua attraverso la membrana plasmatica delle cellule. “Ad oggi, infatti, non esistono né farmaci né metodi in grado di controllare la funzione delle cosiddette acquaporine, proteine canale che permeano l’acqua”, sottolinea Grazia Paola Nicchia, del Dipartimento di bioscienze, biotecnologie e biofarmaceutica dell’Università di Bari Aldo Moro e ricercatrice associata al Cnr-Isof. “Il lavoro dimostra che la luce infrarossa attiva il canale, denominato Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) che si attiva in risposta a diversi stimoli quali dolore, temperatura o stress osmotico”, aggiunge Marco Caprini del Dipartimento di farmacia e biotecnologie dell’Università di Bologna e ricercatore associato presso Cnr-Ismn.

La ricerca è stata supportata dal progetto Astronir, finanziato dall‘Air Force Office of Scientific Research e coordinato dal Cnr-Isof, e dal progetto europeo Olimpia, coordinato dal Cnr-Ismn.

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