Contro il dolore neuropatico funzionano una proteina e un raggio di luce blu

La luce può avere straordinari effetti sull’organismo, eppure non è stata studiata a fondo per comprenderne la portata. Oggi, un passo avanti l’ha fatto proprio un team di ricercatori italiani dell’Università Statale di Milano e dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, i quali hanno sperimentato con successo gli effetti dell’optogenetica sul dolore neuropatico.  Questa è una tecnica sperimentale molto usata in ricerca biomedica, che permette di intervenire sull’attività neuronale di organismi modello attraverso l’uso della luce – si legge in una nota della Statale di Milano – E si basa sull’utilizzo di proteine che si attivano o disattivano con un flash di luce, e consente di controllare in remoto le cellule in cui queste proteine sono espresse.

Attivare i neuroni
Le proteine che sono capaci di attivare i neuroni si trovano in natura, per cui si possono sfruttare per ottenere risultati voluti in questo campo. Per praticità, gli scienziati ingegnerizzano in laboratorio proteine in grado di inibire l’attività delle cellule quando l’obiettivo è quello di stabilire come circuiti neuronali complessi siano responsabili di specifici comportamenti. In biomedicina diviene fondamentale la messa a punto di proteine sintetiche a effetto inibitorio, soprattutto quando si tratta di trattare patologie legate all’ipereccitabilità dei neuroni, come il dolore cronico neuropatico. Gli scienziati ricordano che, a oggi, questa condizione è difficilmente curabile, anche con analgesici potenti come la morfina.

La nuova proteina
Lo studio dei ricercatori italiani appena pubblicato su Nature Methods, presenta e descrive le proprietà di BLINK2, una nuova proteina ingegnerizzata capace di inibire l’attività neuronale. Il lavoro, prosegue la nota, è frutto della collaborazione tra il laboratorio di Biofisica dei canali ionici del Dipartimento di Bioscienze dell’Università Statale di Milano guidato da Anna Moroni e il laboratorio di Neuromodulation of Cortical and Subcortical Circuits, guidato da Raffaella Tonini dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova. Il team della dott.ssa Moroni, ha costruito la nuova proteina, mentre quello della dott.ssa Tonini ha dimostrato la funzionalità sull’attività neuronale. Lo studio ha inoltre coinvolto competenze di biologia cellulare e biofisica (Monica Di Luca e Elena Marcello, Università Statale di Milano; Massimo Pasqualetti, Università di Pisa; Gerhard Thiel, TU-Darmstadt e Henry Colecraft, Columbia University) e di biologia dello sviluppo in zebrafish (Monica Beltrame, Università Statale di Milano; Filippo Del Bene, Institut Curie, Parigi).

In principio era BLINK11
Vera e propria ‘fabbrica’ di proteine utilizzabili in optogenetica, nel laboratorio di Anna Moroni nel 2015 nasceva BLINK11 risultato della combinazione di una proteina di origine virale con una proteina fotorecettore proveniente dalle piante. Sebbene funzioni per alcuni modelli animali, come i pesci, BLINK1 è inattiva nelle cellule di mammifero. Questa è una limitazione importante per l’utilizzo nella ricerca biomedica e nelle neuroscienze utili per l’uomo. Dopo un lungo lavoro di ottimizzazione per superare questa limitazione, il team di ricerca di Moroni ha ingegnerizzato BLINK2, in grado di esprimersi anche in cellule di mammifero – grazie anche al contributo di Laura Alberio, co-primo autore dello studio.

Funzione inibitoria dimostrata
In seguito, nel laboratorio coordinato da Tonini, è stata dimostrata la funzione inibitoria di BLINK2 nei neuroni. Qui si validano e utilizzano strumenti innovativi per manipolare i circuiti  neuronali su diverse scale temporali allo scopo di studiare i processi fondamentali alla base della comunicazione tra neuroni. «Insieme ad Andrea Locarno, altro co-primo autore dello studio – ha spiegato Raffaella Tonini – non solo abbiamo dimostrato che BLINK2 è in grado di inibire l’attività neuronale nel cervello di mammifero, ma che tale inibizione persiste al buio per molti minuti, differenziandolo dagli altri tool optogenetici, che operano su scale di millisecondi e secondi».
«Il fatto che BLINK2 inibisca l’attività neuronale per decine di minuti – aggiunge Anna Moroni – lo rende particolarmente adatto al controllo dell’ipereccitabilità neuronale persistente, come nel caso del dolore cronico».  Per questo motivo BLINK2 è stata testata nel laboratorio di Rajesh Khanna (University of Arizona, Tucson) in un modello animale di dolore neuropatico: i risultati hanno mostrato che BLINK2 è in grado di alleviare per oltre mezz’ora il dolore in un ratto esposto a una fonte di luce blu, anche per un solo minuto.

[1] Cosentino et al., Science, 348(6235):707-10.

Riferimento: ‘A light-gated potassium channel for sustained neuronal inhibition’ - Nature Methods.