Perché è importante mappare la distribuzione di cloro nel cervello / Because it is important to map the distribution of chlorine in the brain

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Ricercatori di Nano-Cnr e della Scuola Normale Superiore hanno sviluppato un metodo per misurare per la prima volta la concentrazione nelle cellule nervose dell’elemento che regola meccanismi inibitori ed eccitatori del cervello, dal cui equilibrio derivano deficit cognitivi e importanti patologie come autismo ed epilessia

Raggiunto un risultato che la neurobiologia inseguiva da tempo: un metodo non invasivo per misurare il cloro nelle cellule cerebrali in vivo, fondamentale poiché deficit cognitivi e malattie come epilessia e autismo sono potenzialmente legati a difetti nella regolazione del cloro. A realizzare il nuovo sensore strumento, capace di misurare il valore del cloro nelle cellule nervose di un cervello vivente, l’Istituto Nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Nano-Cnr) e la Scuola Normale Superiore, in collaborazione con Istituto Italiano di Tecnologia e Università di Trento. Lo studio è stato realizzato con il supporto di un finanziamento Telethon e pubblicato su PNAS.

“La concentrazione del cloro intracellulare è un regolatore cruciale dell’equilibrio tra neuroni eccitatori, che aumentano l’attività cerebrale, e neuroni inibitori, che la riducono. L’equilibrio tra le due componenti è fondamentale per il corretto funzionamento del cervello“, spiega Gian Michele Ratto di Nano-Cnr. “Quando il livello di cloro è troppo alto i meccanismi di inibizione funzionano in misura ridotta e il cervello entra in uno stato patologico. Studi recenti suggeriscono che una regolazione difettosa del cloro giochi un ruolo nell’insorgenza di patologie complesse, come epilessia, sindrome di Down e autismo”.

È stato così raggiunto un obiettivo che la comunità inseguiva da più di vent’anni. “Il nuovo metodo combina la fluorescenza di due proteine, usate come ‘marcatori luminosi’ del cloro con la microscopia a due fotoni in vivo, una tecnica di imaging di cui il team di Nano-Cnr è pioniere in Italia. Il risultato è una vera e propria mappa della concentrazione di cloro in un cervello vivente – (di topi, ndr) – che permette di distinguere condizioni fisiologiche e patologiche”, spiega Ratto. “Fino a ora era possibile effettuare misure solo in culture cellulari o sezioni di cervello, sistemi semplificati che non hanno le caratteristiche fisiologiche di un cervello nella sua integrità”.

In alto: neuroni corticali in vivo ‘illuminati’ dalle proteine fluorescenti, rossa (usata come riferimento) e verde (misurazione del cloro). In basso: combinando immagini planari prese a diversa profondità è possibile ricostruire la struttura tridimensionale del cervello in vivo. / Above: in vivo cortical neurons 'illuminated' by fluorescent proteins, red (used as a reference) and green (chlorine measurement). Bottom: by combining planar images taken at different depths it is possible to reconstruct the three-dimensional structure of the brain in vivo.

Lo strumento apre così una nuova finestra sul funzionamento del cervello. “Le misure effettuate in vivo hanno dato intanto la prima dimostrazione diretta che la concentrazione di cloro si modifica durante le fasi iniziali dello sviluppo cerebrale. Il prossimo passo sarà studiare le variazioni del cloro associate ad una varietà di condizioni patologiche, compresa l’epilessia, e in modelli genetici di malattie dello spettro autistico”, conclude Ratto. “Questo potrà aiutare a capire i meccanismi alla base di patologie come epilessia e autismo, ancora in larga misura sconosciuti, attraverso studi in vivo dove l’integrità del cervello e il suo funzionamento sono preservati”.

ENGLISH

Nano-Cnr and the Scuola Normale Superiore researchers have developed a method for measuring for the first time the concentration in nerve cells of the element that regulates inhibitory and excitatory mechanisms of the brain, from which balance derive cognitive deficits and important pathologies such as autism and epilepsy

Achieved a result that neurobiology was pursuing for a long time: a non-invasive method to measure chlorine in brain cells in vivo, fundamental since cognitive deficits and diseases such as epilepsy and autism are potentially linked to defects in the regulation of chlorine. To realize the new instrument sensor, able to measure the value of chlorine in the nerve cells of a living brain, the Nanosciences Institute of the National Research Council (Nano-Cnr) and the Scuola Normale Superiore, in collaboration with the Italian Institute of Technology and University of Trento. The study was carried out with the support of a Telethon loan and published on PNAS.

"The concentration of intracellular chlorine is a crucial regulator of the balance between excitatory neurons, which increase brain activity, and inhibitory neurons, which reduce it. The balance between the two components is fundamental for the proper functioning of the brain ", explains Gian Michele Ratto di Nano-Cnr. "When the chlorine level is too high the inhibition mechanisms work to a reduced extent and the brain enters a pathological state. Recent studies suggest that defective chlorine regulation plays a role in the onset of complex diseases such as epilepsy, Down syndrome and autism. "

Thus a goal has been achieved that the community has been pursuing for more than twenty years. "The new method combines the fluorescence of two proteins, used as 'light markers' of chlorine with two-photon microscopy in vivo, an imaging technique of which the Nano-Cnr team is a pioneer in Italy. The result is a real map of the concentration of chlorine in a living brain - (of mice, ed) - which allows us to distinguish physiological and pathological conditions, "explains Ratto. "Until now it was possible to perform measurements only in cell cultures or brain sections, simplified systems that do not have the physiological characteristics of a brain in its integrity".

The tool opens a new window on the functioning of the brain. "The measurements carried out in vivo meanwhile gave the first direct demonstration that the concentration of chlorine changes during the initial phases of brain development. The next step will be to study the variations in chlorine associated with a variety of pathological conditions, including epilepsy, and in genetic models of autism spectrum diseases, "concludes Ratto. "This will help to understand the mechanisms underlying diseases such as epilepsy and autism, still largely unknown, through in vivo studies where the integrity of the brain and its functioning are preserved".

Da:

https://www.galileonet.it/2017/12/quanto-cloro-nel-ricerca-italiana/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Perché%2Bè%2Bimportante%2Bmappare%2Bla%2Bdistribuzione%2Bdi%2Bcloro%2Bnel%2Bcervello&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert