Da "Le Scienze"

Sfumature neurali

Lo sviluppo di nuove tecniche di imaging ha rappresentato una svolta per lo studio delle complesse reti di cellule nervose che costituiscono il cervello e il midollo spinale. Nel 2007, Jeff Lichtman, Joshua Sanes e colleghi della Harvard University hanno ottenuto uno dei più interessanti risultati in questo campo, mettendo a punto una tecnica, battezzata Brainbow, che permette di far risplendere i neuroni con più di 100 differenti sfumature di colore, consentendo così di tracciare con precisione circuiti neurali e sinapsi.

I ricercatori hanno ingegnerizzato un topo inserendo un gene che fa sì che ogni neurone esprima in modo casuale uno schema differente di proteine fluorescenti rosse, verdi o blu, dando vita a una variegata tavolozza di colori. La composizione delle fotografie delle sottili sezioni di tessuto produce le dettagliate immagini della topografia strutturale del cervello. La scoperta della proteina fluorescente verde, da cui sono poi derivate tutte queste proteine multicolori, è valsa a Martin Chalfie, Osamu Shinomura e Roger Y. Tsien il Premio Nobel per la chimica nel 2008.

1 Cellule di supporto
Gli astrociti, ritenuti fino a poco tempo fa solo cellule di supporto, in anni recenti hanno dimostrato di rivestire un ruolo cruciale in moltissime funzioni cerebrali. In quest'immagine di tessuto cerebrale di topo gli astrociti appaiono come macchie colorate intorno ai neuroni, rappresentati come punti scuri. Credit: Jean Livet Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

2 Accensione
Uno strato di cellule d'ippocampo di topo ingegnerizzate con la tecnica Brainbow, che utilizza proteine fluorescenti, brilla di un colore chiaro, rivelando le cellule eccitatorie che attivano i neuroni nella struttura ripiegata (al centro e in basso), strettamente coinvolta nella formazione di nuovi ricordi. La corteccia è la regione separata nella parte superiore. Credit: Joanna Wessman, Jean Livet, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

3 Linea luminosa
Un primo piano dettagliato dei neuroni eccitatori dell'ippocampo, nella regione denominata giro dentato. Credit: Joanna Wessman, Jean Livet, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

4 Nastri colorati
Prolungamenti filamentosi di neuroni spinali denominati assoni si connettono ai muscoli (non mostrati nell'immagine). Credit: Dawan Cai, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University






5 Connessioni
Quest'immagine di una piccola regione del cervello, ottenuta con un microscopio confocale, mostra il punto in cui gli assoni di neuroni spinali si inseriscono nelle fibre muscolari. Credit: Dawan Cai, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

6 Una mappa contorta
L'immagine mostra l'intero connettoma, la mappa completa delle connessioni nervose, di un piccolo muscolo che consente al topo di orientare l'orecchio (ricostruzione da nervi colorati con proteine fluorescenti). Credit: Ju Lu e Jeff Lichtman, Harvard University

 


 7 Input
Una sezione di cervelletto di topo, struttura coinvolta nella regolazione dell'attività muscolare, riceve segnali dagli assoni neurali, visibili come fili ramificati di colore verde. Credit: Tamily Weissman, Jean Livet, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

8 Arte moderna
Un'immagine ravvicinata mostra la corteccia cerebrale di topo colorata con la tecnica Brainbow. Credit: Tamily Weissman, Jean Livet, Joshua Sanes e Jeff Lichtman, Harvard University

 9 Intreccio
Immagine ingrandita di una regione della corteccia cerebrale ricostruita mediante microscopia elettronica a sezioni seriali, un'altra tecnica utilizzata per mappare il connettoma. L'area al centro, in cui sono visibili le fibre di colore bianco, individua la precisa posizione di ogni cellula nervosa in questa regione. Credit: Bobby Kasthuri, Daniel Berger, Sebastian Seung, MIT, e Jeff Lichtman, Harvard

10 La scatola
La ricostruzione di una regione di piccolo volume della corteccia cerebrale ottenuta utilizzando la microscopia elettronica a sezioni seriali mostra le cellule nervose strettamente impacchettate. Credit: Bobby Kasthuri, Daniel Berger, Sebastian Seung, MIT, e Jeff Lichtman, Harvard