L’optogenetica è una metodica, o meglio una scienza, innovativa che attinge dallo studio di tecniche ottiche e dalla genetica, con l’obiettivo di sondare i circuiti neuronali del cervello intatto ed in vivo di mammiferi e di altri animali, in tempi molto veloci nell’ordine dei millisecondi al fine di comprendere il modo in cui le informazioni vengono elaborate e trasmesse tra neuroni.
Sebbene abbia radici profonde in una lunga serie di scoperte avvenute negli anni ’90, l’optogenetica ha subito una fortissima accelerazione del suo sviluppo negli ultimi 10 anni.
La domanda a cui è difficile rispondere semplicemente è la seguente …
Che cos’è l’optogenetica?
In estrema sintesi le metodiche di optogenetica avvengono introducendo, in una piccola popolazione selezionata di neuroni, un transgene che codifica per un canale ionico fotosensibile e poi tali neuroni vengono stimolati con segnali luminosi provenienti da un sistema a fibre ottiche impiantato direttamente nel cervello; in questa maniera è possibile attivare o inibire tramite segnali di la luce questi neuroni che, normalmente, non sarebbero in grado di rispondere a questo genere di stimolo.
Questa nuova tecnologia si basa su una classe di proteine chiamate opsine, che rappresentano una specie fotosensibile di canale ionico. Sebbene i normali neuroni contengano tantissimi tipi diversi di canali ionici, nessuno è fotosensibile, mentre le opsine si aprono e chiudono in risposta a stimoli luminosi. Molte opsine conosciute sono presenti nella retina, mentre quelle utilizzate per le metodiche di optogenetica derivano da alghe e da altri organismi fotosensibili.
È importante ricordare che nel 2003 è stato clonato il gene per una particolare rodopsina, chiamata canalrodopsina-2 (detta anche ChR2, ChannelRhodopsin-2), connessa al fenomeno della chemiotassi (fototassi) nell’alga denominata Chlamydomonas reinhardtii.
Nonostante si tratti di una metodica di indagine e di intervento di tipo invasivo, ci sono notevoli possibilità di attuare interventi di optogenetica in vivo non solo per gli animali da esperimento, cosa già in corso da diversi anni, ma anche per l’uomo.
In estrema sintesi un intervento di optogenetica si attua tramite un trasferimento genico di materiale ricombinante, tramite vettori come ad esempio virus, unito ad un intervento neurochirurgico di posizionamento di un impianto a fibre ottiche. La metodica richiede quindi plurime competenze e plurime figure professionali ad altissima specializzazione che, però, potrebbe ripagare grandemente degli sforzi dato che la manipolazione neuronale tramite l’optogenetica potrebbe aprire frontiere di diagnosi e cura inimmaginabili per la psichiatria e le neuroscienze.
Che cosa si può fare con l’optogenetica?
Ci sono diverse start up nel Mondo che al momento si stanno dedicando a possibili utilizzi dell’optogenetica nell’ambito delle neuroscienze. A partire dalla pubblicazione dei primi studi intorno al 2005, questi primi ricercatori immaginavano di poter usare questa tecnologia su pazienti “reali”, immaginando di poter ottenere degli “interruttori” biologici per spegnere i sintomi della depressione o di altre malattie psichiatriche (ansia, panico, PTSD, ADHD).
La tecnica però, come abbiamo capito, richiede che quel dato paziente subisca una serie di procedure genetiche, chirurgiche e mediche ad alto livello di invasività : (1) ingegnerizzazione genetica dei neuroni bersaglio per inserire gli interruttori molecolari, ovvero le proteine di membrana sensibili agli stimoli luminosi (2) inserimento di una fibra ottica nella calotta cranica che raggiunga la corteccia del cervello per pilotare, tramite la luce, questi interruttori biologici.
Con l’optogenetica si potranno anche sondare le conseguenza della stimolazione diretta in vivo delle varie aree corticali, immaginando di disegnare una mappa funzionale delle funzioni corticali.
Da un punto di vista pratico, che cosa si potrebbe curare con l’optogenetica? Oltre alle già citate patologie psichiatriche (ansia, depressione, schizofrenia, PTSD, ed altro), si parla di terapia del dolore, di trattamento dell’epilessia e di trattamento di altre patologie genetiche neuropsichiatriche.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Valerio Rosso
Salve dottore,
questo articolo è avvincente.Sicuramente in un prossimo futuro queste tecniche saranno impiegate per curare molte patologie psichiatriche e spero che ne possano beneficiare tutti anche i meno abbienti.