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La nuova tecnica di mappatura cerebrale cattura ogni connessione tra i neuroni
Il cervello umano è tra i più grandi territori inesplorati rimasti nell'universo. E come per ogni terra misteriosa, il segreto per comprenderla inizia con una buona mappa.
I neuroscienziati hanno ora compiuto un enorme passo avanti verso l'obiettivo di mappare le connessioni tra i neuroni nel cervello utilizzando frammenti di materiale genetico per codificare a barre ogni singola cellula cerebrale. La tecnica, chiamata MAP-seq, potrebbe aiutare i ricercatori a studiare disturbi come l'autismo e la schizofrenia con dettagli senza precedenti.
Abbiamo le basi per una tecnologia completamente nuova con un miliardo di applicazioni, afferma Anthony Zador, neuroscienziato del Cold Spring Harbor Laboratory che ha ideato la tecnica.
Gli attuali metodi per mappare le connessioni neuronali, note come connettoma del cervello, si basano comunemente su proteine fluorescenti e microscopi per visualizzare le cellule, ma sono laboriosi e hanno difficoltà a seguire le connessioni di molti neuroni contemporaneamente.
Abbiamo le basi per una tecnologia completamente nuova con un miliardo di applicazioni.
MAP-seq funziona creando prima una libreria di virus che contengono sequenze di RNA randomizzate. Questa miscela viene quindi iniettata nel cervello e circa un virus entra in ciascun neurone nell'area di iniezione, garantendo a ciascuna cellula un codice a barre RNA univoco. Il cervello viene quindi affettato e tagliato a dadini in sezioni ordinate per l'elaborazione. Un sequenziatore di DNA legge i codici a barre dell'RNA e i ricercatori creano una matrice di connettività che mostra come i singoli neuroni si connettono ad altre regioni del cervello.
Lo studio appena pubblicato, che appare giovedì sulla rivista Neurone , segue le tentacolari connessioni in uscita da 1.000 neuroni di topo in una regione del cervello chiamata locus coeruleus per dimostrare che la tecnica funziona. Ma Zador afferma che i risultati in realtà riconciliano scoperte precedentemente contrastanti su come quei neuroni si connettono attraverso il cervello.
Justus Kebschull, che ha lavorato con Zador nello sviluppo di MAP-seq, afferma che la tecnica sta migliorando. Ora stiamo mappando 100.000 cellule alla volta, in una settimana, in un esperimento, dice. In precedenza era possibile solo se metti a il tuo di lavoro in.
Sia l'autismo che la schizofrenia sono visti come disturbi che possono derivare da una connettività cerebrale disfunzionale. Ci sono forse centinaia di mutazioni genetiche che possono alterare leggermente il cablaggio del cervello mentre si sviluppa. Stiamo esaminando modelli di mouse in cui qualcosa è sbagliato. E ora che il metodo è così veloce, possiamo guardare molti modelli di mouse, dice Kebschull. Confrontando i circuiti cerebrali nei topi con diversi geni candidati per l'autismo, i ricercatori si aspettano che otterranno nuove informazioni sulla condizione.
Penso che sia un ottimo metodo che ha molto spazio per crescere, dice Je Hyuk Lee, un biologo molecolare del Cold Spring Harbor Laboratory, che non faceva parte dello studio MAP-seq. Sebbene altri gruppi abbiano utilizzato codici a barre simili per studiare le differenze individuali tra le cellule, nessuno sapeva se i codici a barre sarebbero stati in grado di viaggiare lungo le connessioni neuronali attraverso il cervello. Questo era stato ipotizzato ma mai mostrato, specialmente non su questa scala, dice Lee.
Zador dice che al momento il suo laboratorio è l'unico a codificare il cervello, ma spera che altri inizino a usare MAP-seq per tracciare i circuiti del cervello. Poiché il costo del sequenziamento continua a precipitare, possiamo immaginare di farlo in modo rapido ed economico, ha affermato. Potrebbe non passare molto tempo, quindi, prima che una mappa completa del cervello sia pronta per essere utilizzata dal suo primo esploratore.