Brainbow: Come colorare un cervello

Il dottore in Biomedicina Pablo Barrecheguren parla del termine Brainbow, una tecnica che permette di distinguere neuroni vicini.

Nel 1906 il premio Nobel per la Medicina fu condiviso tra Camillo Golgi e Santiago Ramón y Cajal. In gran parte fu assegnato a Golgi per aver creato un tipo di colorazione che marcava i neuroni e le loro ramificazioni, ma questa presentava il problema che, trattandosi di tante cellule, era molto difficile vedere dove iniziasse e finisse ciascun neurone.

Cajal modificò la colorazione in modo da renderne distinguibili molte meno, il che permise di vedere individualmente ciascuna delle cellule e di scoprire che nella comunicazione tra neuroni esistono spazi di separazione.

Il Brainbow

Così, sin dagli inizi dell’istologia è stato un problema costante distinguere i neuroni e le loro protrusioni all’interno di una colorazione.

E non è per meno, dato che il nostro cervello contiene più di 100.000 chilometri di connessioni, ma fortunatamente nel 2007 fu pubblicata la prima versione di una tecnica che permette di vedere individualmente ciascuna di queste connessioni: il Brainbow.

I concetti del Brainbow

Questa tecnica si basa su due concetti molto semplici:

1. È possibile generare animali transgenici che esprimono proteine fluorescenti di diversi colori. Per esempio, esiste la proteina fluorescente verde (GFP, Green fluorencent protein) o la proteina fluorescente rossa (RFP, Red fluorencent protein).
2. Se ogni cellula di un tessuto animale ha diversi tipi di queste proteine fluorescenti e in diverse quantità, allora ogni cellula avrà un colore diverso.

Partendo da questa base, sono stati generati animali (inizialmente si lavorò con i topi) che avevano tre o quattro proteine fluorescenti diverse che si mescolavano grazie all’attivazione di un gene (una recombinasi anch’essa introdotta artificialmente nel genoma), il quale mischia casualmente le quantità e i tipi di proteine fluorescenti in ogni cellula.

Il risultato di ciò è che si ottengono approssimativamente 100 combinazioni diverse di colori. Qui la chiave è che questo cambio di colore è permanente e marca tutta la cellula, comprese le sue ramificazioni.

Poiché questo avviene nei neuroni del cervello, ciò consente uno studio dettagliato di ciò che è noto come il connettoma, (l’insieme delle connessioni tra neuroni) e facilita già l’analisi al microscopio di dove si connette ciascun neurone.

Beninteso, è necessario un importante lavoro di bioinformatica e microscopia elettronica per gestire un volume così grande di connessioni.

Ma lo studio del connettoma lo merita, poiché sono le connessioni che permettono il passaggio di informazioni tra i corpi neuronali e sono quelle che spiegano realmente come funziona il cervello ogni volta che esegue un compito.

Il Brainbow in altri organismi

L’importanza del Brainbow è tale che è stato importato in altri organismi dove è possibile la manipolazione genetica.

Un esempio è Drosophila melanogaster, la mosca della frutta, dove esiste una intensa ricerca neuroscientifica sia a livello basilare studiando lo sviluppo cerebrale, sia a livello biomedico, con lavori che usano Drosophila per ricerche sul Parkinson o sull’Alzheimer.

Un altro esempio è il Dario rerio o pesce zebra, che grazie al fatto di essere trasparente durante le prime fasi del suo sviluppo viene utilizzato per lo studio della formazione iniziale del sistema nervoso dei vertebrati.

Inoltre, non bisogna dimenticare che sebbene originariamente il Brainbow fosse una tecnica sviluppata per studi neuroscientifici, è possibile adattare questo strumento in altri tipi di tessuti.

Il Brainbow e la biologia cellulare

Con tutto ciò, il Brainbow è diventato uno degli strumenti più popolari della biologia cellulare. Resta ancora un importante strumento nello studio del connettoma, che è senza dubbio la grande sfida neuroscientifica del XXI secolo.

Ma può essere utilizzato anche in altri compiti come per esempio lo studio delle linee cellulari: una volta attivata la tecnica, il cambio di colore nei neuroni è permanente e inoltre è ereditario.

Vale a dire, che se quella cellula si divide, le sue cellule figlie manterranno il colore della cellula progenitrice. Questo permette di studiare con precisione quali cellule danno origine a quali tessuti, aiutando così a comprendere più a fondo il campo delle cellule staminali neuronali.

E il Brainbow non è solamente una delle tecniche più appariscenti della biologia molecolare, ma è anche tra le più versatili.

Bibliografía

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