Riprendiamo una segnalazione di Maurizio Blondet inerente la proteina “Magneto” che, geneticamente modificata, controlla a distanza il cervello e il comportamento dell’uomo
di Michael A. Wheeler – Il nuovo metodo “Badass” utilizza una proteina magnetizzata per attivare le cellule cerebrali in modo rapido, reversibile e non invasivo
Ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato un nuovo metodo per controllare i circuiti cerebrali associati a comportamenti complessi, utilizzando l’ingegneria genetica per creare una proteina magnetizzata che attiva a distanza gruppi specifici di cellule nervose.
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato una serie di metodi che consentono loro di controllare a distanza gruppi specifici di neuroni.
Il più potente di questi è un metodo chiamato optogenetica […] . Un altro metodo recentemente sviluppato, chiamato chemogenetica, utilizza proteine ingegnerizzate che vengono attivate da farmaci appositamente concepiti 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 forniscono gli impulsi luminosi nel cervello e, inoltre, la misura in cui la luce penetra nel tessuto cerebrale denso è fortemente limitata. Gli approcci chemiogenetici superano entrambe queste limitazioni, ma in genere inducono reazioni biochimiche che impiegano diversi secondi per attivare le cellule nervose.
Controllo remoto dell’attività cerebrale con nanoparticelle riscaldate
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 è solo non invasiva, ma può anche attivare i neuroni in modo rapido e reversibile.
Diversi studi precedenti hanno dimostrato che le proteine delle cellule nervose possono essere geneticamente modificate in modo che diventino sensibili alle onde radio e ai campi magnetici , attaccandole a una proteina che immagazzina il ferro chiamata ferritina. Questi metodi rappresentano un importante progresso – sono già stati utilizzati, ad esempio, 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 una proteina chiamata TRPV4, che è sensibile sia temperatura e forze traenti . Questi stimoli permettono alla corrente elettrica di fluire attraverso la membrana cellulare; questo evoca impulsi nervosi che viaggiano nel midollo spinale e poi fino al cervello.
Güler e i suoi colleghi hanno pensato che le forze magnetiche di coppia (o rotanti) potrebbero attivare TRPV4 aprendo il suo poro centrale, e così 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 proteine alla membrana delle cellule nervose e le inseriscono in essa.
Quando hanno introdotto questo costrutto genetico nelle cellule renali embrionali umane coltivate, le cellule hanno sintetizzato la proteina “Magneto” e l’hanno inserita nella loro membrana. L’applicazione di un campo magnetico ha attivato la proteina TRPV1 ingegnerizzata […] Successivamente, i ricercatori hanno inserito la sequenza del DNA Magneto nel genoma di un virus, insieme al gene che codifica per la proteina fluorescente e sequenze di DNA regolatorie che fanno sì che il costrutto venga espresso solo in determinati tipi di neuroni.
Hanno quindi iniettato il virus nel cervello dei topi, e hanno sezionato il cervello degli animali per identificare le cellule che emettevano fluorescenza. Usando microelettrodi, hanno quindi dimostrato che l’applicazione di un campo magnetico alle sezioni del cervello attiva Magneto in modo che le cellule producano impulsi nervosi.
Per determinare se Magneto può essere utilizzato per manipolare l’attività neuronale negli animali vivi, hanno iniettato Magneto nelle larve di zebrafish, prendendo di mira i neuroni nel tronco e nella coda che normalmente controllano una risposta di fuga. Hanno quindi collocato le larve di zebrafish in un acquario magnetizzato appositamente costruito e hanno scoperto che l’esposizione a un campo magnetico induceva manovre di avvolgimento simili a quelle che si verificano durante la risposta di fuga (le analisi successive hanno rivelato che ogni larva conteneva circa 5 neuroni che esprimono Magneto).
In un esperimento finale, i ricercatori hanno iniettato Magneto nello striato di topi liberi, una struttura cerebrale profonda contenente neuroni produttori di dopamina che sono coinvolti nella ricompensa e nella motivazione, e quindi hanno collocato gli animali in un apparato diviso in sezioni magnetizzate e non magnetizzate. . I topi che esprimono Magneto hanno trascorso molto più tempo nelle aree magnetizzate perché l’attivazione della proteina ha fatto sì che i neuroni striatali che la esprimevano rilasciassero dopamina, in modo che i topi trovassero gratificante in quelle aree. Ciò dimostra che Magneto può controllare a distanza l’attivazione dei neuroni nel profondo del cervello e anche controllare comportamenti complessi.
Il neuroscienziato Steve Ramirez dell’Università di Harvard, che usa l’optogenetica per manipolare i ricordi nel cervello dei topi, afferma a proposito dello studio:
“I precedenti tentativi [di usare i magneti per controllare l’attività neuronale] avevano bisogno di più componenti per far funzionare il 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. “Questo sistema è un singolo ed elegante virus che può essere iniettato in qualsiasi parte del cervello“, aggiunge, “e la loro attrezzatura comportamentale è stata progettata 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 sarà indubbiamente sviluppata ulteriormente e fornirà ai ricercatori nuovi modi di studiare lo sviluppo e la funzione del cervello.
Michael A. Wheeler
Docente di Pratica Manageriale in pensione, ha insegnato alla Harvard Business School di Boston
Foto tratta da VNews24
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