Segnali cerebrali per lo screening dei farmaci

Le terapie per le malattie del cervello sono ancora relativamente poche. Ciò è in parte dovuto alla difficoltà di sviluppare nuovi farmaci, perché gli effetti e gli effetti collaterali di una sostanza sul cervello non sono sempre chiari. Cervello non sono così facili da dimostrare. Gli studi comportamentali sui roditori sono la norma nella ricerca farmacologica. In questi studi, i ricercatori somministrano agli animali un nuovo principio attivo e ne documentano i modelli comportamentali. Questi studi sono importanti, ma non sono adatti alla ricerca di nuovi principi attivi nell'ambito dello screening high-throughput. In questa procedura, utilizzata tra l'altro nell'industria farmaceutica, vengono testate decine di migliaia di sostanze in parallelo. Ciò non è possibile con le osservazioni comportamentali sui roditori.

Mehmet Fatih Yanik, professore presso il Laboratorio di Neurotecnologie, ha quindi sviluppato un nuovo modello di test con un gruppo di lavoro internazionale. Ciò consente di esaminare simultaneamente e in gran numero gli effetti e gli effetti collaterali di diverse sostanze. I ricercatori ne riferiscono nella rivista scientifica Comunicazioni sulla natura.

Guardare nel cervello

"Il cervello è costituito da strutture altamente complesse e interconnesse che comunicano tra loro in modo multistrato", spiega il fisico e ingegnere Yanik. Negli esseri umani, questi segnali possono essere ricavati dalla superficie del cranio. Le informazioni provenienti da molte cellule nervose vengono combinate per formare una forma d'onda cerebrale, l'elettroencefalogramma (EEG). I medici utilizzano questi modelli di onde per analizzare il sonno, individuare malattie come l'epilessia o testare l'efficacia dei farmaci. Nello sviluppo iniziale di nuove sostanze attive contro le malattie cerebrali, finora mancava uno strumento analogo.

Yanik e il suo team hanno quindi cercato un modo per leggere e analizzare l'attività cerebrale utilizzando segnali elettrofisiologici. Utilizzando le larve di pesce zebra come organismo modello, hanno trovato quello che cercavano. Le larve, quasi trasparenti, sono minuscole, con una lunghezza del corpo di due millimetri. Ciò consente di studiarne molte in parallelo. I ricercatori hanno collocato le larve in un gel in sottili tubi di vetro, in modo che non si muovessero per tutta la durata dell'esperimento. Questo trucco ha permesso ai ricercatori di collegare gli elettrodi per ricavare i segnali elettrici cerebrali direttamente al cervello delle larve: In questo modo hanno potuto leggere le informazioni direttamente dove vengono generate.

Ricreati i fattori scatenanti dell'epilessia

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato larve che presentano una mutazione nel gene SCN1A. Negli esseri umani, questa mutazione è associata a varie forme di epilessia infantile, come la sindrome di Dravet. I bambini affetti dalla sindrome di Dravet hanno gravi crisi epilettiche nel primo anno di vita e spesso presentano un ritardo nello sviluppo mentale. Le crisi sono difficili da trattare con i farmaci e possono essere scatenate, tra l'altro, dalla luce.

Yanik e il suo team hanno ora dimostrato la stessa sensibilità alla luce nelle larve con la mutazione del gene SCN1A. Nell'esperimento, i ricercatori hanno esposto le larve a lampi di luce e hanno registrato i segnali elettrici che provengono dagli spazi intercellulari delle cellule nervose vicine tra loro. In linea di principio, è come sedersi in una centrale telefonica e origliare le comunicazioni dei telefoni circostanti. Utilizzando un algoritmo di nuova concezione, i ricercatori hanno valutato i segnali provenienti dal cervello. "Nei nostri esperimenti sulle larve con il difetto genetico, abbiamo trovato i segnali tipici che si verificano durante le crisi epilettiche. Questo non accadeva con le larve sane", riferisce Yanik.

Una sana diversità nel cervello

Mentre nelle larve di zebrafish sane sono stati registrati modelli di attività cerebrale locale a più livelli, nelle larve con difetti genetici questi erano di natura molto più semplice. Ciò corrisponde alle osservazioni nell'uomo, secondo le quali le onde cerebrali dei pazienti affetti da Parkinson o schizofrenia sono meno complessi. Più le cellule nervose comunicano tra loro a più livelli, più il cervello sembra essere sano.

Se ora fosse possibile aumentare la complessità dei segnali cerebrali con sostanze attive e definire questo come obiettivo terapeutico, avremmo finalmente un parametro di misurazione direttamente dal cervello per valutare gli effetti e gli effetti collaterali delle sostanze chimiche, è convinto Yanik. Sarebbe un grande progresso nella ricerca sui farmaci.

Testo: ETH