Nel laboratorio del Dr. Skirmantas Janusonis, presso il Psychological & Brain Sciences Department dell’Università della California (Santa Barbara), si studia da vicino la complessa matrice serotoninergica, uno degli elementi più affascinanti e ancora misteriosi del cervello umano.
Durante la sua tesi di dottorato, Melissa Hingorani ha utilizzato la tecnologia di imaging Nanolive per osservare il comportamento dei singoli assoni serotoninergici in colture di cellule del mesencefalo (Figura 1, 2 e 3). I suoi risultati, pubblicati sulla prestigiosa rivista Frontiers in Neuroscience, aprono la strada a una visione completamente nuova del sistema serotoninergico, combinando microscopia avanzata, modelli matematici e simulazioni al supercomputer.
Grazie all’imaging olotomografico di Nanolive ad altissima risoluzione, Melissa ha potuto seguire lo sviluppo dei coni di crescita tra il primo e il quinto giorno di coltura. Questa tecnologia non invasiva consente di visualizzare nel tempo colture cellulari senza danneggiarle: infatti, Nanolive è una tecnica di microscopia label-free, pertanto rimuove “alla radice” tutti i problemi legati alla fototossicità. Colture cellulari delicate, come quelle neuronali in questione, possono dunque essere registrate senza generare artefatti o compromettere la loro naturale dinamicità.
Figura 1: Frame di un video olotomografico di 15 minuti (Primo frame a 3:44, secondo a 14:07). È possibile notare i coni di crescita e le loro protrusioni (Frecce verdi). In particolare, il cono di crescita in alto, contatta e poi si unisce ad un dendrite.
Osservando l’avanzamento dei coni di crescita, la ricercatrice ha osservato come queste strutture utilizzino piccole protrusioni per avanzare, ma anche per contattare altri neuriti (Figura 1). Inoltre, quando un cono di crescita cerca un nuovo punto di ancoraggio, queste protrusioni creano veri e propri punti di adesione con la superficie (Figura 2). L’assone avanza, si aggancia e poi si sgancia ritmicamente, seguendo un processo che Melissa ha misurato con estrema precisione: una distanza di 2-6 μm tra i punti di adesione e circa 10 minuti per formare un legame di 10 μm con la superficie.
Figura 2: Frame di un video olotomografico di neuroni serotoninergici. L’assone di questo neurone è caratterizzato da protrusioni “laterali” utilizzate come punti di ancoraggio.
Infine, Melissa ha osservato due comportamenti diversi dei coni di crescita che avvengono nello stesso momento: uno in cui il cono avanza lungo un neurite grazie alle protrusioni (Figura 3, cerchio di sinistra) e un altro in cui individua rapidamente un substrato e lo percorre a grande velocità (Figura 3, cerchio di destra).
Figura 3: Frame di un video olotomografico di neuroni serotoninergici. Nel cerchio di sinistra è possibile notare un cono di crescita che cresce lungo un dendrite, in quello di destra invece, un cono di crescita in contatto con un corpo neuronale. La velocità di avanzamento dei dui coni è differente e si può apprezzare nel video completo (link di seguito).
Grazie a queste scoperte, la ricerca del team del Dr. Janusonis apre nuove prospettive per comprendere meglio come si sviluppa e funziona il sistema serotoninergico. Per visualizzare i 3 video completi, suggeriamo di collegarsi al sito di Nanolive a questo link: NanoliveSerotonergic.
