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Interruttore della luce per il controllo della vescica
Una startup della Case Western Reserve University di Cleveland ha in programma di commercializzare interruttori della luce molecolari, una tecnologia genetica che ha rapidamente messo radici nel mondo della ricerca. Sviluppata inizialmente nel 2006, la tecnologia prevede l'iniezione di piccoli frammenti di DNA in animali viventi per consentire il controllo di neuroni specifici con la luce. La società, denominata LucCell, si concentrerà innanzitutto sullo sviluppo di terapie per ripristinare il controllo della vescica nelle persone paralizzate.
Controllo della luce: Un neurone del midollo spinale (verde) che trasporta la proteina fotosensibile canalerodopsina: quando viene colpita dalla luce, la cellula invia un segnale al muscolo del diaframma, aiutando un roditore paralizzato a respirare.
Lo sforzo segnala un crescente interesse nello sviluppo di questi strumenti di ricerca unici per uso clinico. Ed Boyden, neuroscienziato del MIT e uno degli inventori originali della tecnologia, ha formato una startup all'inizio di quest'anno per sviluppare nuove terapie per la cecità. (Boyden è editorialista per Technology Review.) È emozionante vedere l'interesse a spingere questa tecnologia, che era considerata un potente strumento scientifico di base, nella clinica, afferma Boyden.
Gli interruttori della luce molecolari contengono un gene per una proteina sensibile alla luce derivata dalle alghe, chiamata channelrhodopsin-2, nonché istruzioni molecolari che ne limitano l'espressione a uno specifico sottoinsieme di cellule. Il gene viene consegnato al tessuto bersaglio tramite un virus, proprio come nella terapia genica. Una volta assorbito nella cellula, il DNA innesca la produzione di una proteina che attiva la cellula quando esposta alla luce.
L'approccio è diventato uno dei nuovi strumenti più interessanti nelle neuroscienze e viene utilizzato in tutto il mondo per studiare i disturbi psichiatrici e neurologici come la depressione, la dipendenza e l'epilessia, nonché le normali funzioni cerebrali come il movimento e la memoria.
LucCell si concentrerà principalmente sulla respirazione e sulla funzione della vescica nelle persone paralizzate. In entrambi i casi, i segnali dal cervello non possono più raggiungere i muscoli interessati. L'idea è di rendere i neuroni che controllano quei muscoli sensibili alla luce; le cellule potrebbero quindi essere accese o spente con una sorgente luminosa impiantata. Riteniamo che la tecnologia dell'interruttore della luce possa essere applicata più facilmente a tali obiettivi perché richiedono solo uno o due muscoli: il diaframma per la respirazione e lo sfintere esterno per la funzione della vescica, afferma Jerry Silver, neuroscienziato di Case Western e presidente di LucCell . Sono davvero ottimista sul fatto che possiamo aiutare le persone. Silver gestisce l'azienda con due colleghi di Case Western, Stefan Herlitze ed Evan Deneris.
L'anno scorso, Silver e i suoi collaboratori hanno dimostrato che la channelrodopsina potrebbe essere utilizzata per ripristinare la funzione respiratoria nei roditori paralizzati. I ricercatori hanno prima ricreato una lesione del midollo spinale di alto livello nei roditori, paralizzando metà del diaframma. Hanno quindi iniettato l'interruttore nel midollo spinale, vicino ai nervi che controllano il muscolo storpio. La luce brillante su quelle cellule ha innescato le contrazioni muscolari nel diaframma. Il documento mostra un notevole recupero della funzione respiratoria dal lato dell'animale con funzionalità compromessa che è durato per un giorno anche dopo che la luce è stata spenta, afferma Silver.
I ricercatori stanno anche lavorando per ripristinare il controllo della vescica, un problema per una grande percentuale di persone paralizzate. Per svuotare la vescica, un segnale dal cervello viaggia lungo il midollo spinale, segnalando allo sfintere di rilassarsi e rilasciare l'urina. Tale connessione viene interrotta nella lesione del midollo spinale, impedendo la normale minzione. Un circuito locale molto potente mantiene chiuso lo sfintere, afferma Silver, motivo per cui i pazienti devono cateterizzarsi, un processo che può portare a infezioni e altre complicazioni. Questo è in cima alla lista delle cose che le persone con paralisi vorrebbero vedere risolte.
I ricercatori stanno ora testando un interruttore della luce molecolare leggermente diverso chiamato rodopsina vertebrata 4, che spegne le cellule in risposta alla luce invece di attivarle. Iniettare il gene nei neuroni che controllano lo sfintere consentirebbe di spegnere quelle cellule in risposta alla luce, consentendo al muscolo sfintere di rilassarsi.
In definitiva, i ricercatori vorrebbero combinare questo interruttore di spegnimento con un meccanismo per spremere la vescica, un'altra parte della normale minzione. Potremmo inserire un interruttore nel nucleo che comprime la vescica, o potremmo lavorare con persone che comprimono la vescica usando la stimolazione elettrica funzionale , afferma Silver. Nella stimolazione elettrica funzionale, gli elettrodi impiantati vengono utilizzati per controllare i muscoli paralizzati.
I ricercatori devono ancora superare diversi ostacoli per sviluppare la tecnologia in un trattamento pratico. Dovranno capire come fornire in modo sicuro sia il DNA che la luce alle cellule nervose appropriate. LucCell sta sviluppando una versione degli interruttori della luce che vengono forniti utilizzando virus già comuni nelle terapie geniche umane. I ricercatori stanno collaborando con Boyden per modificare una sorgente luminosa impiantabile costituita da un laser in miniatura o da un LED collegato a una fibra ottica.
La sfida più grande sarà la sicurezza, afferma Karl Deisseroth, un neuroscienziato di Stanford che non è stato coinvolto nella ricerca. Devi preoccuparti di cose come la possibilità di reazioni immunitarie rare ma gravi alle proteine e ai dispositivi. Poiché la proteina deriva dalle alghe, c'è qualche preoccupazione che possa innescare una risposta immunitaria o rivelarsi tossica per la cellula a lungo termine. All'inizio di quest'anno, Boyden e i suoi collaboratori hanno pubblicato il primo documento che testava la tecnologia della channelrhodopsin nei primati, esprimendo la proteina nella corteccia frontale dei macachi. Gli animali non hanno mostrato segni insoliti di danni nove mesi dopo. Ma data la novità della tecnologia, saranno probabilmente necessari test di sicurezza approfonditi.