Un nuovo metodo rivoluzionario per investigare le strutture fondamentali del cervello, denominato Senpai, permette di isolare e visualizzare la forma di un singolo neurone, separandolo dalle complesse connessioni del tessuto cerebrale. Frutto di un’innovativa ricerca dell’Università di Pisa in collaborazione con l’Istituto di Psichiatria e Neuroscienze di Parigi, questo metodo consente di ottenere immagini ad alta risoluzione della morfologia neuronale e di caratterizzarne i circuiti fino a scale estremamente ridotte. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Communications.
Il metodo Senpai
“I miliardi di neuroni ‘impacchettati’ nel nostro cervello costituiscono una vera e propria giungla, tenuta insieme da connessioni molto complesse,” spiega Nicola Vanello, docente di bioingegneria presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e il Centro Piaggio dell’Università di Pisa. “Isolare un singolo albero è estremamente difficile. Poter caratterizzare un neurone singolo preso da un tessuto di un essere vivente è sempre stato un obiettivo primario per la comunità scientifica. Senpai ci consente di segmentare neuroni ex vivo su scala cellulare e subcellulare, di caratterizzare l’arborizzazione neuronale, i diametri dei rami dendritici o la densità delle spine in modo più accurato e fedele rispetto agli attuali algoritmi e strumenti di elaborazione delle immagini.”
L’Innovazione di Senpai
Il metodo Senpai rappresenta un avanzamento significativo rispetto agli strumenti attualmente disponibili. “Particolarmente importante è la caratterizzazione delle spine dendritiche,” prosegue Simone Cauzzo, post-doc in bioingegneria e primo autore dell’articolo. “Le spine dendritiche sono responsabili degli input elettrici tra le sinapsi. Dalla loro forma, dimensione e numero dipendono funzioni come l’apprendimento, la memoria e la motivazione. Infatti, alterazioni di questi parametri e dunque dell’attività sinaptica sono riscontrabili in molte condizioni patologiche, come l’Alzheimer, e in diverse disfunzioni cerebrali.”
Segmentare i neuroni
Senpai è stato sviluppato dai bioingegneri dell’Università di Pisa nell’ambito del progetto Sensei del Centro di Ricerca di Ateneo E. Piaggio, finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (Mur) per il programma Flag-Era. Il metodo si fonda su tecniche avanzate di acquisizione delle immagini dei campioni di tessuto cerebrale, successivamente elaborate da un algoritmo capace di segmentare i singoli neuroni e ricostruire un modello tridimensionale.
La capacità di segmentare e modellare i neuroni con tale precisione apre nuove strade nella comprensione delle connessioni neurali e del loro ruolo nelle varie funzioni cerebrali e disfunzioni. La ricerca condotta rappresenta un passo avanti cruciale nella neurobiologia, con potenziali applicazioni che spaziano dallo studio delle malattie neurodegenerative alla creazione di modelli più accurati del funzionamento cerebrale.