Terapie

Lo studio preclinico del cervello intero illumina l’origine delle crisi epilettiche

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Secondo gli investigatori Weill Cornell Medicine e NewYork-Presbyterian, nuove prove da un modello di epilessia zebrafish possono aiutare a risolvere un dibattito su come hanno origine le convulsioni. I risultati possono anche essere utili nella scoperta e nello sviluppo di futuri farmaci per l’epilessia.

Nello  studio , pubblicato il 23 febbraio su Brain , i ricercatori sono stati in grado di tracciare le attività dei neuroni in tutto il cervello del pesce zebra larvale durante le convulsioni. Hanno dimostrato che le convulsioni hanno avuto origine da un eccesso di attività “eccitatoria” rispetto a quella “inibitrice” delle cellule cerebrali in regioni relativamente confinate del cervello e si sono diffuse solo quando hanno superato la forte attività inibitoria nelle regioni circostanti.

I neuroni nel cervello si dividono in due grandi categorie: neuroni eccitatori la cui attività stimola l’attività di altri neuroni e neuroni inibitori la cui attività acquieta altri neuroni. Alcuni studi recenti hanno indicato che i picchi nell’attività dei neuroni inibitori possono paradossalmente innescare convulsioni. Le nuove scoperte suggeriscono il contrario.

“La cosa veramente bella del modello zebrafish è che possiamo visualizzare ogni regione del cervello, e in questo modello, per la prima volta, siamo stati in grado di distinguere e tracciare l’attività dei neuroni eccitatori e inibitori”, ha detto il primo autore,  il dottor James Niemeyer , associato post-dottorato in chirurgia neurologica presso Weill Cornell Medicine. “Quindi, questo è un buon punto di partenza per esaminare i ruoli sfumati di questi tipi di cellule durante le convulsioni”.

Il Dr. Niemeyer è membro del laboratorio del co-autore senior  Dr. Theodore Schwartz , che è David e Ursel Barnes Professore di Neurochirurgia Mininvasiva e vicepresidente per la ricerca clinica presso il Weill Cornell Brain and Spine Center presso Weill Cornell Medicine e un neurochirurgo al NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. Gli altri co-autori senior dello studio sono il  dottor Hongtao Ma , professore associato di ricerca neuroscientifica in chirurgia neurologica, e  il dottor Emre Aksay , professore associato di fisiologia e biofisica, entrambi alla Weill Cornell Medicine.

L’epilessia è comune e affligge contemporaneamente circa cinquanta milioni di persone in tutto il mondo. Ma come ha origine non è mai stato del tutto chiaro. Da un lato, ci sono prove che le convulsioni derivino da zone del cervello che favoriscono l’attività dei neuroni eccitatori rispetto alla consueta influenza restrittiva dei neuroni inibitori. D’altra parte, diversi studi recenti hanno suggerito che un’attività eccessiva nei neuroni inibitori può innescare convulsioni: alcuni ricercatori hanno osservato una precedente attività convulsiva in queste cellule. Ciò ha lasciato un vuoto nella comprensione dei diversi ruoli dell’eccitazione e dell’inibizione nelle convulsioni.

“Il problema è stato difficile da risolvere, a causa delle sfide coinvolte nella distinzione e nel monitoraggio dell’attività neuronale eccitatoria e inibitoria in più regioni del cervello in un animale sveglio”, ha affermato il dottor Schwartz, che è anche professore di chirurgia neurologica e neuroscienze presso Weill Cornell Medicina.

Con il pesce zebra, i ricercatori sono stati in grado di superare queste sfide. Utilizzando speciali sonde fluorescenti, registrazioni elettriche e una tecnica chiamata microscopia a due fotoni, hanno simultaneamente distinto e monitorato l’attività dei neuroni eccitatori e inibitori nel cervello, prima e durante le crisi indotte da un metodo chimico standard.

Hanno osservato che le convulsioni in questo modello tendono a originarsi nel mesencefalo, in siti con un forte squilibrio dell’attività neuronale eccitatoria rispetto a quella inibitoria. Le zone circostanti erano molto più appesantite verso l’attività inibitoria, ed evidentemente per questo motivo hanno potuto resistere, almeno per breve tempo, al diffondersi dell’attività convulsiva dalla zona di inizio.

Studi precedenti che indicavano i neuroni inibitori come fattori scatenanti delle crisi potrebbero in alcuni casi aver rilevato solo queste zone di propagazione altamente inibitorie piuttosto che la zona iniziale, hanno suggerito i ricercatori.

“Abbiamo trovato neuroni inibitori iperattivi nelle zone di propagazione, ma il vantaggio del nostro approccio è che possiamo visualizzare immagini in tutte le regioni del cervello per determinare dove ha origine il sequestro”, ha affermato il dottor Aksay, che è anche professore associato di neuroscienza computazionale in computazionale biomedicina presso il Principe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud Institute for Computational Biomedicine presso Weill Cornell Medicine.

Il team prevede di utilizzare il loro modello di pesce zebra per lo screening dei farmaci per l’epilessia e spera di confermare i loro risultati in esperimenti futuri che esaminano più regioni del cervello in un modello murino.

La ricerca è stata finanziata in parte da una borsa di studio seme Weill Cornell Medicine per la ricerca multidisciplinare che coinvolge i dipartimenti di scienze cliniche e di base.

Molti medici e scienziati di Weill Cornell Medicine intrattengono relazioni e collaborano con organizzazioni esterne per promuovere l’innovazione scientifica e fornire una guida esperta. L’ente rende pubbliche queste informative per garantire la trasparenza. Per queste informazioni, vedere il profilo del  Dr. Theodore Schwartz .

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