Il linguaggio dei neuroni è fatto di impulsi elettrici generati da processi chimici. Il nostro sistema nervoso controlla i muscoli e interpreta gli stimoli provenienti dall’ambiente grazie all’elettricità prodotta dalle pompe ioniche presenti sulle membrane cellulari dei neuroni. Queste variazioni elettriche, chiamate potenziali di membrana, sono generate dal movimento di ioni attraverso canali specifici e possono propagarsi lungo il corpo cellulare e i dendriti. Comprendere queste dinamiche è fondamentale per studiare come i circuiti neuronali elaborano le informazioni, come nascono comportamenti e processi cognitivi e in che modo insorgono disfunzioni nelle malattie neurologiche.
L’elettrofisiologia è la disciplina che studia le proprietà elettriche delle cellule, in particolare le variazioni del potenziale di membrana nei neuroni. Tuttavia, studiare i potenziali d’azione presenta una sfida importante: la loro velocità. Gli impulsi neuronali durano pochi millisecondi e le tecniche di imaging spesso non raggiungono una risoluzione temporale sufficiente per registrarli. Ad esempio, la microscopia a due fotoni offre un’eccellente risoluzione spaziale, ma una risoluzione temporale limitata: può visualizzare le variazioni di Ca²⁺ nei compartimenti dendritici, ma non rilevare i rapidissimi cambiamenti elettrici che caratterizzano i potenziali d’azione.
L’elettrofisiologia, invece, come nel caso della tecnica patch-clamp, garantisce una risoluzione temporale elevatissima (<1 ms), sebbene a fronte di una risoluzione spaziale più limitata. La combinazione di imaging del calcio a due fotoni ed elettrofisiologia consente di correlare con precisione le fluttuazioni del potenziale di membrana con le variazioni di Ca²⁺, offrendo una visione più completa dell’attività neuronale. Con Femtonics l’integrazione di questi due approcci è semplice, efficiente e altamente funzionale.
Figura 1: Accoppiando Imaging all’elettrofisiologia è possibile direzionare la pipetta con precisione.
Femtonics è un’azienda specializzata nella produzione di microscopi a due fotoni e offre la possibilità di integrare dispositivi per patch-clamp direttamente sulla piattaforma di imaging, abilitando lo studio funzionale degli impulsi nervosi in modo ottimale. Grazie al software integrato, è possibile controllare con precisione il movimento della pipetta e guidarla verso la regione dendritica desiderata sfruttando l’immagine in tempo reale in modalità due fotoni (Figura 1). Per quanto riguarda l’acquisizione dati, il segnale elettrico è sincronizzato con le immagini a due fotoni, una caratteristica fondamentale per correlare la dinamica elettrica con le variazioni di calcio. Il sistema dispone inoltre di porte di ingresso/uscita (BNC) per segnali analogici e digitali, configurabili in base alle esigenze sperimentali; l’intera piattaforma è controllata via software, attraverso moduli dedicati, protocolli personalizzabili o script.
Figura 2: Esempio schematico di un esperimento di elettrofisiologia con dispositivi Femtonics. Mentre il sistema di patch-clamp genera impulsi dell’ordine dei millisecondi, l’imaging a due fotoni permette di registrare i segnali di calcio prodotti in differenti posizioni lungo il dendrite.
L’elettrofisiologia è una tecnica essenziale per comprendere la dinamica elettrica neuronale, ma da sola può mancare di contesto spaziale e strutturale. Femtonics fornisce soluzioni avanzate per integrare registrazioni elettriche con imaging funzionale a due fotoni, offrendo una piattaforma completa per correlare potenziale di membrana e segnali di calcio con elevata risoluzione temporale e spaziale. Grazie ai loro microscopi è possibile ottenere dati ricchi e multidimensionali, indispensabili per indagare i meccanismi fondamentali dell’attività neuronale, la plasticità sinaptica, la comunicazione tra neuroni e molti altri processi chiave del sistema nervoso.
