(Epilessia-Immagine Credit Public Domain).
Nuove prove da un modello di epilessia zebrafish possono aiutare a risolvere un dibattito su come hanno origine le crisi epilettiche, secondo Weill Cornell Medicine e i ricercatori del New York-Presbyterian. I risultati possono anche essere utili nella scoperta e nello sviluppo di futuri farmaci per l’epilessia.
Nello studio, pubblicato su Brain, i ricercatori sono stati in grado di tracciare le attività dei neuroni in tutto il cervello del pesce zebra larvale durante le convulsioni. Hanno dimostrato che gli attacchi hanno avuto origine da un eccesso di attività “eccitatoria” rispetto a “inibitrice” delle cellule cerebrali in regioni cerebrali relativamente confinate e si sono diffusi solo quando hanno superato l’attività solida inibitoria nelle aree circostanti.
L’inizio della crisi si verifica tipicamente in regioni caratterizzate da cellule eccitatorie più attive (cremisi) prima di diffondersi in regioni dominate da neuroni inibitori (verde). Le linee di contorno indicano la tempistica relativa dell’attività convulsiva nelle zone di inizio (rosso-arancione) e di propagazione (blu). Credito immagine: Dr. James Niemeyer
I neuroni nel cervello si dividono in due grandi categorie: neuroni eccitatori la cui attività stimola l’attività di altri neuroni e neuroni inibitori la cui attività acquieta altri neuroni. Alcuni studi recenti hanno indicato che i picchi nell’attività dei neuroni inibitori possono paradossalmente innescare convulsioni. Le nuove scoperte suggeriscono il contrario.
“La cosa veramente bella del modello zebrafish è che possiamo visualizzare ogni regione del cervello e in questo modello, per la prima volta, siamo stati in grado di distinguere e tracciare l’attività dei neuroni eccitatori e inibitori”, ha detto il primo autore dello studio James Niemeyer, un associato post-dottorato in chirurgia neurologica presso Weill Cornell Medicine. “Quindi, questo è un buon punto di partenza per esaminare i ruoli sfumati di questi tipi di cellule durante le convulsioni”.
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Niemeyer è membro del laboratorio del co-autore senior Dr. Theodore Schwartz, Professore di neurochirurgia mininvasiva e vicePresidente per la ricerca clinica presso il Weill Cornell Brain and Spine Center presso Weill Cornell Medicine e neurochirurgo presso NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center. Gli altri co-autori senior dello studio sono Hongtao Ma, Professore associato di ricerca neuroscientifica in chirurgia neurologica ed Emre Aksay, Professore associato di fisiologia e biofisica, entrambi alla Weill Cornell Medicine.
L’epilessia è comune e affligge contemporaneamente circa 50 milioni di persone in tutto il mondo. Ma come ha origine non è mai stato del tutto chiaro. Da un lato, ci sono prove che le convulsioni derivino da zone del cervello che favoriscono l’attività dei neuroni eccitatori rispetto alla consueta influenza restrittiva dei neuroni inibitori. D’altra parte, diversi studi recenti hanno suggerito che un’attività eccessiva nei neuroni inibitori può scatenare convulsioni: alcuni ricercatori hanno osservato una precedente attività convulsiva in queste cellule. Ciò ha lasciato un vuoto nella comprensione dei diversi ruoli dell’eccitazione e dell’inibizione nelle convulsioni.
“Il problema è stato difficile da risolvere a causa delle sfide coinvolte nella distinzione e nel monitoraggio dell’attività neuronale eccitatoria e inibitoria in più regioni del cervello in un animale sveglio”, ha affermato Schwartz, Professore di chirurgia neurologica e neuroscienze presso Weill Cornell Medicine.
Con il pesce zebra, i ricercatori sono stati in grado di superare queste sfide. Utilizzando sonde fluorescenti uniche, registrazioni elettriche e una tecnica chiamata microscopia a due fotoni, hanno simultaneamente distinto e monitorato l’attività dei neuroni eccitatori e inibitori nel cervello prima e durante le crisi indotte da un metodo chimico standard.
I ricercatori hanno osservato che le convulsioni in questo modello hanno origine nel mesencefalo, in siti con un forte squilibrio dell’attività neuronale eccitatoria rispetto a quella inibitoria. Le zone circostanti erano molto più orientate all’attività inibitoria e, evidentemente, per questo motivo, siamo in grado di resistere, almeno brevemente, alla diffusione dell’attività convulsiva dalla zona di inizio.
Studi precedenti che indicavano i neuroni inibitori come fattori scatenanti delle crisi potrebbero, in alcuni casi, aver rilevato solo queste zone di propagazione altamente inibitorie piuttosto che la zona iniziale, hanno suggerito i ricercatori.
“Abbiamo trovato neuroni inibitori iperattivi nelle zone di propagazione, ma il vantaggio del nostro approccio è che possiamo visualizzare immagini in tutte le regioni del cervello per determinare dove ha origine il sequestro“, ha affermato Aksay, che è anche Professore associato di neuroscienza computazionale e biomedicina computazionale presso l’Istituto di Biomedicina Computazionale di Sua Altezza Reale il Principe Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud.
Il team prevede di utilizzare il suo modello di pesce zebra per lo screening dei farmaci per l’epilessia e spera di confermare i suoi risultati in esperimenti futuri che esamineranno più regioni del cervello in un modello murino.
Fonte: Cornell University
