Optogenetica: la rivoluzione per lo studio del cervello

Illustrazione artistica di un neurone con particelle sulla superficie cellulare, legata al concetto di optogenetica, con testo “OPTOGENETICA” e sito scienzemotorie.com.
14 marzo 2019

Sviluppata nei primi anni 2000, l’optogenetica – l’uso combinato di metodi genetici e ottici (leggeri) per controllare geni e neuroni – è tra le tecnologie più rapidamente avanzate nelle neuroscienze e ha il potenziale per rivoluzionare il modo in cui gli scienziati studiano il cervello

Cos’è l’optogenetica

L’optogenetca è metodo sperimentale nella ricerca biologica che coinvolge la combinazione di ottica e genetica in tecnologie che sono progettate per controllare (mediante l’eccitazione o l’inibizione) eventi ben definiti nelle cellule del tessuto animale vivente.

A differenza dei metodi sperimentali precedentemente sviluppati per il controllo della luce, l’optogenetica consente ai ricercatori di utilizzare la luce per accendere o spegnere le cellule con notevole precisione e risoluzione (fino a singole cellule o persino regioni di cellule) in animali viventi e in movimento. Di conseguenza, può essere usata non solo per controllare comportamenti specifici negli animali, come innescare o bloccare la paura o il dolore, ma anche per dedurre in tal modo i contributi delle singole cellule a quei comportamenti.

Fin dagli anni ’70 molti laboratori hanno identificato varie proteine trans-membrana dette opsine, che reagiscono alla luce (ciascuna ad una differente frequenza) aprendosi e permettendo il passaggio selettivo di ioni carichi attraverso di esse. Nei tardi anni ’90 in alcuni laboratori vennero svolte le prime ricerche per sfruttare queste proteine nel controllo dei neuroni, in un modo molto elegante. Fornire a quelli che si vogliono studiare, e solo a quelli, delle opsine che, attivate da una luce, reagiranno aprendosi e portando all’eccitazione od alla inibizione della cellula.

Nonostante la cosa fosse concettualmente semplice, è solo nel 2005 che l’equipe di K. Deisseroth, MIT, riesce a pubblicare un articolo rivoluzionario: integrando una di queste opsine, chiamata Channelrhododopsina-2 (ChR2), a quelle normalmente presenti in una cultura di cellule cerebrali murine, i ricercatori erano in grado di attivare i neuroni con una precisione temporale del’ ordine dei millisecondi accendendo un laser.

Ora l’optogenetica è diventata una tecnica relativamente diffusa ed applicata su numerose specie, dai vermi ai primati non umani.

Il suo impiego può servire a confermare ipotesi o conoscenze precedentemente acquisite in altro modo. Chiarire il funzionamento di alcuni fenomeni, distinguere l’influenza dei vari neuroni sul comportamento della cavia dal vivo o per manipolare la mente.

È una tecnica che “consentirà in un prossimo futuro di trattare in modo efficace molte patologie del cervello”, almeno così promettono i ricercatori.

Con impulsi di luce a tempo preciso mirati a regioni o cellule tissutali mirate, l’optogenetica consente ai ricercatori di attivare o bloccare eventi in specifiche cellule di animali viventi. In un topo con una zampa resa ipersensibile al tatto. Ad esempio, la risposta al dolore può essere eliminata facendo brillare la luce gialla sulla zampa colpita, le cellule in cui sono state mirate ad esprimere un tipo di proteina microbica sensibile alla luce nota come opsina.

L’optogenetica sull’uomo

La prima sperimentazione umana che ha coinvolto l’optogenetica è iniziata nel 2016. E’ stata progettata per esplorare il potenziale uso della tecnologia per il trattamento di pazienti affetti da retinite pigmentosa ereditaria. 

La progressiva degenerazione della retina, il segno distintivo della malattia, causa gravi problemi alla vista. Si prevedeva che almeno 15 pazienti che erano ciechi o per lo più ciechi partecipassero allo studio. Ciascuno di loro avrebbe ricevuto un’iniezione di virus che trasportava geni codificanti l’opsina mirati specificamente alle cellule gangliari retiniche (RGC). Uno dei principali obiettivi del test era stabilire la sensibilità alla luce negli RGC. Di solito non sono influenzati dalla retinite pigmentosa e normalmente trasmettono informazioni visive dai fotorecettori nell’occhio al cervello. In presenza di luce blu, gli RGC che esprimevano l’opsina avrebbero iniziato a inviare segnali visivi al cervello.

L’optogenetica sembra aprire immensi orizzonti ai ricercatori, che già oggi possono modulare l’attività nervosa. Attraverso la stimolazione con fibre ottiche di proteine fotosensibili chiamate opsine prodotte ad hoc all’interno dei neuroni. Ma “con la luce è anche possibile comandare l’accensione o lo spegnimento dei geni. In una forma raffinata di epigenetica che potremmo definire artificiale che ci darà la possibilità di attivare i geni benefici e disattivare i geni pericolosi a nostro piacimento

Sebbene la misura in cui il trattamento optogenetico migliorasse la visione era incerta, i risultati dello studio erano molto attesi. Altre terapie optogenetiche sono in fase di sviluppo per una vasta gamma di malattie, tra cui il dolore cronico e la malattia di Parkinson.

Applicazioni dell’optogenetica

I metodi optogenetici sono stati applicati a una vasta gamma di domande nel comportamento e nella fisiologia. Fornendo informazioni su movimento, apprendimento, memoria, metabolismo, fame, sete, respirazione, sonno, pressione sanguigna, motivazione, paura e elaborazione sensoriale.

Sono state fatte scoperte clinicamente ispirate, contribuendo a far luce sulle attività cellulari associate a condizioni. Come l’epilessia, il morbo di Parkinson, la malattia di Huntington, l’ ictus, il dolore cronico. Il disturbo ossessivo-compulsivo, la tossicodipendenza, la depressione, la disfunzione sociale e l’ ansia.

Ad esempio, l’optogenetica ha permesso di determinare quali cellule e connessioni attraverso il cervello erano importanti nel definire e assemblare le diverse caratteristiche dell’ansia. Comprese le variazioni della frequenza respiratoria e l’evitamento del rischio, in uno stato comportamentale distinto.

 

Dettaglio stilizzato di una cellula nervosa con ramificazioni tipiche di neuroni, superficie ruvida con punti verdi, su sfondo bluastro futuristico.

 

Miglior-Libro-Ginnastica-in-Gravidanza-ATS
Scienza-in-Danza-Libro-Scienze-Motorie
Tennis-Libro-Scienze-Motorie
Giuseppe-Coratella-Libro
Nutrizione-Funzionale-Scienze-Motorie
Cadaver-Lab-Scienze-Motorie-2025
BFRT-Blood-Flow-restriction-Training-Italia

Articoli Correlati

Anziani che praticano esercizio fisico per prevenire le demenze e migliorare il benessere cognitivo

Demenze ed esercizio fisico

Le demenze rappresentano una delle sfide più rilevanti della salute pubblica mondiale, con oltre 55 milioni di persone affette a livello globale, cifra destinata a crescere fino a 132 milioni entro il 2050. La malattia di Alzheimer è la forma più comune, rappresentando circa il 54% di tutti i casi di demenza negli anziani. Le […]

Scienze-Motorie-Quotidiano-Il Giorno-Potere-segreto-alimenti

Il quotidiano “Il Giorno” racconta Istituto ATS e Giacomo Catalani: Scienza, Nutrizione, Sport e Benessere.

Domenica 4 maggio 2025, il quotidiano nazionale Il Giorno, ha dedicato un’intera pagina al Dott. Giacomo Catalani, figura di riferimento nel panorama editoriale e divulgativo italiano. L’articolo, firmato da Jessica Muller Castiglione e intitolato “I segreti del mangiar bene (e sano)”, esplora l’attività di Giacomo Catalani nella promozione della cultura scientifica della nutrizione e nel […]

Persona anziana con capelli grigi che si copre la bocca durante un colpo di tosse, sfondo neutro sfocato, con logo scienzemotorie.com in basso a destra.

Malattie respiratorie croniche ed esercizio fisico negli anziani

Le malattie respiratorie croniche sono una delle principali cause di morbidità e mortalità negli anziani. L’aumento dell’età media della popolazione richiede strategie di prevenzione e gestione più mirate riguardo a questa tipologia di disturbo. L’esercizio fisico ha un ruolo fondamentale, tra altri metodi di intervento non farmacologici, per migliorare la qualità della vita e ridurre […]

Illustrazione anatomica del cervello umano all’interno del cranio con colori luminosi, con testo "Commozione Cerebrale" e riferimento al sito scienzemotorie.com.

Commozione Cerebrale: cos’è e come si recupera

Una commozione cerebrale è una lesione cerebrale in cui il cervello è “contuso” all’interno del cranio da un impatto diretto o da un movimento di tipo a colpo di frusta in cui il cervello viene colpito attraverso il movimento accelerato della testa quando la testa viene portata violentemente in avanti e/o indietro. Storicamente, le commozioni […]

L'immagine mostra due persone anziane che eseguono esercizi di stretching insieme, sorridendo e indossando abbigliamento sportivo. Entrambi sembrano godersi l'attività fisica, che è un esercizio delicato e salutare. Sullo sfondo, si intravede una finestra luminosa che suggerisce un ambiente sereno. In basso, c'è una scritta in italiano che recita: "DIABETE ED ESERCIZIO FISICO NELL’ANZIANO". A destra del testo, è visibile il logo di scienzemotorie.com.

Diabete ed esercizio fisico nell’anziano

L’invecchiamento della popolazione mondiale rappresenta una delle principali sfide sanitarie ed economiche del XXI secolo. Questo drastico cambiamento demografico pone l’accento sulla necessità di mantenere attivi gli anziani, sia dal punto di vista fisico che sociale. Il diabete mellito, una delle patologie croniche più diffuse in questa fascia di età, costituisce una sfida particolare, ma […]

L'immagine mostra tre persone anziane che praticano esercizi fisici in una palestra. Indossano abiti sportivi e sono impegnate in una sessione di ginnastica leggera o stretching, che sembra essere adatta alla loro età. Sullo sfondo, si vedono attrezzature da palestra come manubri colorati e una grande palla blu. In basso, c'è un testo che recita: "TUMORI ED ESERCIZIO FISICO NELL’ANZIANO" e il logo di Scienze Motorie

Tumori ed esercizio fisico nell’anziano

Il tumore rappresenta una delle principali sfide per la salute pubblica e il suo impatto è particolarmente evidente negli anziani. Con il progressivo invecchiamento demografico è fondamentale comprendere come mitigare i rischi associati al cancro e migliorare la qualità della vita dei pazienti. Tra le strategie emergenti, l’esercizio fisico si dimostra uno strumento efficace sia […]

Live Chat
assistance banner image
Whatsapp
Messenger
800.19.35.40