Ricerche

In una sinapsi (il punto di contatto tra due neuroni), le vescicole contengono e rilasciano/inviano (al neurone successivo) neurotrasmettitori, come il glutammato. I ricercatori sono riusciti a contare il numero di tali molecole attraverso un biosensore con uno strato ultra-sottile di enzima.

Ricercatori della Chalmers University of Technology e dell'Università di Göteborg in Svezia hanno raggiunto qualcosa che da sempre si riteneva impossibile: contare le molecole del neurotrasmettitore glutammato, rilasciato quando un segnale viene trasferito tra due cellule cerebrali. Con un nuovo metodo di analisi, hanno dimostrato che il cervello regola i segnali che usano il glutammato in più modi di quanto si pensava finora.

La possibilità di misurare l'attività e la quantità di glutammato nelle cellule del cervello è cercata da molto tempo tra i ricercatori. Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio nel cervello. Nonostante la sua abbondanza, e la sua influenza su molte funzioni importanti, sappiamo molto meno su di esso di altri neurotrasmettitori come la serotonina e la dopamina, perché finora il glutammato era difficile da misurare con sufficiente rapidità.

I nuovi risultati sul glutammato sono quindi molto importanti e potrebbero contribuire a migliorare la comprensione delle patologie sottostanti le malattie e le condizioni neurologiche e psichiatriche. Il rapporto tra glutammato e questi disturbi, così come la nostra memoria, il nostro appetito e altro, sono solo alcune delle domande alle quali la tecnologia appena scoperta potrebbe aiutare a rispondere.

“Quando abbiamo iniziato, tutti dicevano «questo non funzionerà mai». Ma non ci siamo arresi. Ora abbiamo un bellissimo esempio di come la scienza multi-disciplinare di base può produrre grandi passi avanti, e fornire un reale beneficio“, dice Ann-Sofie Cans, professoressa associata di chimica alla Chalmers e leader del gruppo di ricerca.

La chiave è stata fare il contrario di ciò che era stato tentato in precedenza. Invece di usare un biosensore fatto di strati spessi, hanno usato uno strato ultrasottile di enzima necessario per l'identificazione biologica. I ricercatori hanno fatto in modo che l'enzima, che è stato posto su una superficie del sensore nanostrutturato, avesse lo spessore di una sola molecola. Ciò ha reso la tecnologia dei sensori mille volte più veloce rispetto ai precedenti tentativi.

La tecnica era quindi abbastanza veloce per misurare il rilascio di glutammato da una singola vescicola sinaptica, un piccolo recipiente liquido che rilascia neurotrasmettitori alla sinapsi tra due cellule nervose. Questo è un processo che avviene in meno di un millesimo di secondo.

“Quando abbiamo visto i benefici del miglioramento della tecnologia dei sensori in termini di tempo, al posto della concentrazione, l'abbiamo fatta funzionare”, dice Ann-Sofie Cans.

La ricerca è stata effettuata in due fasi. Nella prima, il passo avanti è stato poter misurare il glutammato. Questo studio è stato pubblicato all'inizio nella primavera 2019 sulla rivista scientifica ASC Chemical Neuroscience. Nella seconda parte, che affronta la pubblicazione corrente, Ann-Sofie Cans e il suo gruppo di ricerca hanno fatto ulteriori aggiustamenti importanti e scoperte rivoluzionarie.

“Una volta costruito il sensore, siamo riusciti ad affinarlo ulteriormente. Ora, con l'aiuto di questa tecnologia, abbiamo anche sviluppato un nuovo metodo per quantificare queste piccole quantità di glutammato", spiega.

Lungo il percorso il gruppo ha avuto molte sorprese interessanti. Ad esempio, la quantità di glutammato in una vescicola sinaptica si è rivelata molto maggiore di quanto si pensava. È paragonabile per quantità alla serotonina e alla dopamina, una scoperta che è arrivata come sorpresa emozionante.

“Il nostro studio cambia la comprensione corrente del glutammato. Ad esempio, sembra che il trasporto e lo stoccaggio di glutammato nelle vescicole sinaptiche non sia così diverso come pensavamo, se confrontato con altri neurotrasmettitori come la serotonina e la dopamina”, dice Ann-Sofie Cans.

I ricercatori hanno inoltre dimostrato che le cellule nervose controllano la forza dei loro segnali chimici regolando la quantità di glutammato rilasciato dalle singole vescicole sinaptiche. Il fatto che ora si possa misurare e quantificare questo neurotrasmettitore può produrre nuovi strumenti per studi farmacologici in molte aree vitali nel campo delle neuroscienze.

Karolina Patrycja Skibicka, professoressa associata di neuroscienze e fisiologia dell'Università di Göteborg, dice:

“Il livello di misurazione offerta da questo sensore ultra-veloce del glutammato apre infinite possibilità per capire veramente la funzione del glutammato nella salute e nella malattia. La nostra conoscenza della funzione del cervello, e della sua disfunzione, è limitata dagli strumenti sperimentali che abbiamo, e questo nuovo strumento ultra-veloce ci permetterà di esaminare la comunicazione neuronale ad un livello a cui non avevamo accesso prima.

“La nuova scoperta, che la comunicazione basata sul glutammato è regolata dalla quantità di glutammato rilasciata dalle vescicole sinaptiche, pone la questione di ciò che accade a questa regolazione nelle malattie cerebrali ritenute collegate al glutammato, ad esempio l'epilessia”.

Glutammato e acido glutammico

Il glutammato, o acido glutammico, si trova nelle proteine ​​dei cibi. È presente naturalmente nella carne, in quasi tutte le verdure, e nel frumento e nella soia. È anche usato come additivo alimentare per migliorare i sapori, per esempio sotto forma di MSG (glutammato monosodico).

Il glutammato è un amminoacido, e una parte importante del nostro corpo. È anche un neurotrasmettitore che le cellule nervose usano per comunicare, e costituisce la base per alcune delle funzioni di base del cervello come cognizione, memoria e apprendimento. È anche importante per il sistema immunitario, per la funzione del tratto gastrointestinale, e per evitare che i microrganismi entrino nel corpo.