Laboratorio di Biofisica dei Canali Ionici e Neurofisiologia
Responsabile: Prof. Gerardo Biella
Collaboratori: Paolo Spaiardi; Francesca Talpo; Francesca Raffin
1. Analisi dei circuiti sinaptici striatale e ippocampale in modelli animali di Malattia di Huntington (HD)
HD è una patologia neurodegenerativa causata da una mutazione autosomica dominante nel gene IT-15 che codifica per la proteina huntingtina (Htt). Il ruolo di Htt è tuttora sconosciuto. La proteina è ubiquitaria, essenziale per l’embriogenesi, lo sviluppo e la sopravvivenza neuronale, ed è coinvolta anche nell’attività sinaptica. L’espansione della tripletta CAG nell’esone 1 del gene IT-15 (> 36 ripetizioni) genera una forma mutata dell’Htt (mHtt) che è tossica per i neuroni e causa ampia perdita di neuroni cerebrali, specialmente a livello corticale e striatale. mHtt determina, oltre alla morte neuronale nell’ultimo stadio della malattia, anche alterazioni progressive nella morfologia, eccitabilità, e proprietà sinaptiche dei neuroni piramidali corticali (CPNs) e dei neuroni spinosi medi (MSNs). Pertanto, i primi sintomi comportamentali e cognitivi dell’HD precedono la morte neuronale piuttosto che esserne una conseguenza. Il disaccoppiamento della connettività e della plasticità a livello delle sinapsi CPN/MSN e l’eccitotossicità, principalmente mediata da alterazioni dei recettori NMDA, sembrano cruciali nella patogenesi e nella progressione dell’HD. Utilizzando approcci multidisciplinari (comportamentali, elettrofisiologici etc.), intendiamo analizzare la progressiva destrutturazione delle sinapsi cortico-striatali eccitatorie in modelli murini di HD, sia nello stadio pre-sintomatico sia negli stadi sintomatici della malattia. Gli esperimenti verranno condotti su sezioni sottili di cervello ex-vivo e/o su culture primarie.
Referenti: Prof. G. Biella, P. Spaiardi e F. Talpo.
Collaborazioni: E. Cattaneo, C. Zuccato e M. Valenza (UNIMI)
2. Valutazione funzionale di neuroni spinosi medi dello striato differenziati da cellule staminali embrionali e riprogrammate da fibroblasti di pazienti con la malattia di Huntington.
Questo progetto di ricerca si focalizza sulla caratterizzazione funzionale di una classe specifica di neuroni striatali, i neuroni spinosi medi (MSN). Tramite uno specifico protocollo di differenziamento da cellule staminali embrionali umane (hES, linea H9), si otterranno colture di MSN. Il nostro interesse è rivolto anche alla caratterizzazione elettrofisiologica di neuroni striatali differenziati a partire da staminali pluripotenti indotte (hiPS), derivate da fibroblasti di soggetti sani e malati. In questo modo, è possibile modellizzare in vitro la malattia di Huntington e fornire un contributo rilevante alla comprensione dei molteplici e ancora sconosciuti meccanismi molecolari alla base della neurodegenerazione. I neuroni derivati da cellule staminali saranno trapiantati in modelli di roditori della malattia di HD. Indagini funzionali saranno condotte per valutare il grado di differenziamento in vivo e la capacità di ripristinare i circuiti sinaptici alterati nella malattia.
Referenti: Prof. G. Biella, P. Spaiardi e F. Talpo
Collaborazioni: E. Cattaneo, P. Conforti e D. Besusso (UNIMI), A. Buffo (UNITO)
3. Meccanismi e neuromodulazione dell’eccitabilità di membrana nei neuroni della regione ippocampale
Le cortecce paraippocampali (PHCs) stabiliscono interazioni sinaptiche bidirezionali con l’ippocampo che sono di fondamentale importanza per le funzioni di memoria e di orientamento spaziale proprie del sistema di memoria del lobo temporale mediale. Questo progetto è focalizzato sullo studio dei meccanismi che governano le proprietà eccitabili intrinseche dei neuroni delle regione ippocampale, delle loro implicazioni funzionali per quanto riguarda le comunicazioni fra la regione paraippocampale e l’ippocampo, e dei sistemi neuromodulatori che li controllano. In particolare verranno studiati: 1) i meccanismi intrinseci di membrana che determinano le specifiche proprietà di scarica dei neuroni della corteccia entorinale (EC) e peririnale (PRC); 2) la neuromodulazione operata dall’IGF2 e dall’ossitocina sulle proprietà sinaptiche di base e sulla plasticità sinaptica; 3) i meccanismi di regolazione tramite i quali la PRC è in grado di operare la sua caratteristica funzione di selezione dei segnali in ingresso diretti verso l’ippocampo attraverso la EC.
Referenti: Prof. G. Biella, P. Spaiardi e F. Talpo
Collaborazioni: C. Alberini (NYU), C. Maniezzi (UNIMIB)
4. SPeye
Ad oggi non ci sono cure per alcune patologie che compromettono la funzionalità della retina. In collaborazione con gruppi nazionali affiliati all’INFN si sta sviluppando un progetto per creare una retina artificiale impiantabile basata sui silicon PM (fotomoltiplicatori al silicio). SPeye propone un approccio innovativo basato sull'impianto subretinico di un array di rivelatori al silicio con amplificazione interna di recente sviluppo: i fotomoltiplicatori in silicio (silicon PM o SPAD). Questi dispositivi permetteranno di ottenere migliori prestazioni visive con ridotto consumo di potenza e garantiranno diversi vantaggi nello stadio finale di impianto. Il nostro gruppo di ricerca si propone di valutare la biocompatibilità di tali dispositivi e la loro eficacia nell’attivare le cellule quando attivati da stimolazione luminosa.
Referenti: Prof. G. Biella, P. Spaiardi e F. Talpo
Collaborazioni: P. Cattaneo, M. Rossella (INFN-Pavia), S. Ramat, I. Cristiani, P. Malcovati (UNIPV-INFN), P. Massobrio (UNIGE-INFN)