Înţelegerea şi tratarea bolilor neurologice rămân în continuare provocări majore în medicină. În acest context, cercetătorii de la Yale propun o inovaţie majoră: cu ajutorul unei tehnologii complet automatizate, aceştia au reuşit să studieze simultan sute de neuroni în stare nativă, accelerând semnificativ procesul de cercetare şi oferind o perspectivă funcţională detaliată asupra activităţii neuronale.
Înţelegerea activităţii electrice neuronale este esenţială pentru descifrarea mecanismelor implicate în bolile neurologice.
Cercetătorii de la Universitatea Yale au dezvoltat o metodă automatizată de mare viteză, capabilă să înregistreze activitatea electrică a unui număr mare de neuroni simultan, fără introducerea vreunei erori de selecţie.
Această tehnologie de ultimă generaţie oferă ceea ce autorii numesc „amprenta funcţională” a populaţiilor neuronale în starea lor naturală, deschizând noi perspective pentru diagnostic şi tratament în neurologie.
Studiul a fost publicat în 13 iunie în revista Nature Protocols.
Recunoscută drept standardul de referinţă în studiul activităţii neuronale, tehnica patch-clamp - o metodă electrofiziologică utilizată pentru a înregistra curenţii electrici care trec prin canalele ionice de la nivelul membranei celulare, în special în celulele excitabile precum neuronii - este extrem de precisă, dar consumatoare de timp şi resurse umane.
Deşi progresele recente în automatizarea acestei tehnici prin intermediul platformelor robotizate au condus la o creştere a eficienţei, accelerând procesul, astfel de sisteme sunt limitate, fiind, în general, aplicabile doar neuronilor cultivaţi in vitro (crescuţi în laborator), în condiţii artificiale.
În acest context, echipa condusă de prof. dr. Stephen G. Waxman de la Facultatea de Medicină a Universităţii Yale a dezvoltat o metodologie inovatoare, care păstrează rigoarea şi precizia abordărilor convenţionale, dar oferă în plus posibilitatea de a examina neuroni aflaţi în stare nativă.
Această abordare permite realizarea de studii funcţionale la scară extinsă, fără a compromite fidelitatea şi calitatea datelor experimentale.
„Această metodă ne permite să analizăm caracteristicile funcţionale şi farmacologice ale populaţiilor neuronale imediat după extragerea din ţesut, permiţând astfel compararea rapidă şi relevantă a acestora în condiţii cât mai apropiate de starea lor naturală”, explică dr. Mohammad-Reza Ghovanloo, coautor principal şi cercetător la departamentul de neurologie de la Yale, citat într-un comunicat.
Această capacitate de comparaţie directă este esenţială pentru înţelegerea mecanismelor patogene implicate în numeroase afecţiuni neurologice, precum, bolile Alzheimer şi Parkinson, epilepsia, scleroza multiplă, neuropatiile periferice, tulburările de spectru autist sau schizofrenia, dar şi pentru obţinerea unor concluzii relevante din punct de vedere clinic.
Pentru a susţine această abordare tehnologică, echipa de cercetare a creat şi un program software gratuit, disponibil în regim open-source, dotat cu o interfaţă grafică uşor de folosit, care permite analiza rapidă şi detaliată a datelor obţinute.
„Acest instrument ne permite să adaptăm datele fiecărui neuron la ecuaţiile biofizice potrivite, obţinând o caracterizare funcţională completă a unor seturi de date complexe şi multidimensionale”, explică dr. Sidharth Tyagi, coautor al studiului şi doctorand la Yale.
Prin combinarea automatizării cu un instrument analitic robust, se elimină erorile umane şi se creşte semnificativ reproductibilitatea rezultatelor în studiile electrofiziologice, spun autorii.
Noua metodologie, care durează între 6 şi 18 ore de la prepararea neuronilor până la analiza completă a datelor (comparativ cu câteva zile prin metodele clasice), reprezintă un progres major pentru cercetarea în neuroştiinţe şi farmacologie.
Acest avans tehnologic are implicaţii majore, de la studiul fundamental al sistemului nervos până la aplicaţii clinice în dezvoltarea de medicamente.
„Prin capacitatea de a analiza simultan un număr mare de neuroni nativi, această metodă deschide calea către o înţelegere mai profundă a funcţiei neuronale şi dezvoltarea de terapii ţintite pentru afecţiunile neurologice”, a concluzionat dr. Waxman.
