Neuroni-Immagine: un’immagine di ricerca del laboratorio di Rodríguez mostra i neuroni all’interno del cervello di un topo vivo, catturata con un microscopio a fluorescenza a tre fotoni. Crediti immagine: Università di Yale
Come si forma un ricordo nel cervello, e perché ne immagazzina alcuni, mentre altri svaniscono? Come permette a una persona di imparare? Queste domande sono al centro di ciò che rende il cervello così misterioso. Ma cosa succederebbe se avessimo la tecnologia per osservare meglio l’hardware del cervello – i neuroni, le sinapsi e molto altro – che ci permetterebbe di rispondere a queste domande?
:E’ proprio questo il lavoro di Cristina Rodríguez. Gran parte della missione del suo laboratorio consiste nell’unire le sue competenze in fisica e ingegneria per sviluppare strumenti di microscopia ottica che consentano di visualizzare meglio i processi biologici critici così come si verificano in natura, con particolare attenzione alle applicazioni in neuroscienze. In altre parole, sta costruendo microscopi nuovi e migliori per vedere ciò che prima non si poteva vedere.
Utilizzando tecniche di imaging all’avanguardia, lei e il suo team di ricerca sono stati tra i primi a osservare con un dettaglio senza precedenti i neuroni e la segnalazione del calcio nel midollo spinale di un topo. Questi neuroni sono stati rilevati in tessuti tre volte più profondi di quanto mai osservato prima. Una scoperta fondamentale è stata l’esistenza di neuroni sensibili alla temperatura in queste aree del midollo spinale, un fenomeno precedentemente sconosciuto.
“Se modificassi la temperatura in un punto qualsiasi della pelle del topo – diciamo l’arto posteriore – vedrei che un neurone si attiva”, ha detto Rodríguez, Professore associato di ingegneria biomedica. “E poi, ogni volta che raffreddo la pelle, quel neurone si attiva“.
Rodríguez è giunto a questa scoperta utilizzando una combinazione di tecnologie: microscopia a fluorescenza a tre fotoni e ottica adattiva. Con la microscopia multifotonica, impulsi laser a femtosecondi focalizzati a lunghezze d’onda del vicino infrarosso eccitano molecole fluorescenti, consentendo immagini precise ad alta risoluzione a centinaia di micron di profondità nei tessuti. La microscopia a fluorescenza a due fotoni, utilizzata da oltre tre decenni, ha permesso ai ricercatori di osservare strutture e processi biologici in profondità negli organismi viventi. Il suo utilizzo è tuttavia limitato, soprattutto quando si visualizzano gli strati cerebrali profondi.
È qui che entra in gioco la microscopia a fluorescenza a tre fotoni, sviluppata più di recente. In questo caso, tre fotoni vengono assorbiti simultaneamente, anziché due, come nella microscopia a fluorescenza a due fotoni, consentendo l’utilizzo di lunghezze d’onda di eccitazione maggiori, che riducono la diffusione della luce. Ciò garantisce una migliore penetrazione nei tessuti.
L’ottica adattiva è una tecnologia mutuata dall’astronomia, dove viene utilizzata per correggere le aberrazioni dovute all’atmosfera e ottenere un’immagine più chiara di stelle e altri corpi celesti. A quanto pare, la stessa tecnologia è utile per osservare i neuroni tanto quanto lo è per le stelle.
“È una tecnologia molto potente, incredibilmente utile anche nel contesto della microscopia“, ha detto Rodríguez. “Non sto cercando di osservare le stelle al centro della nostra galassia, ma le strutture sinaptiche nelle profondità del nostro cervello. Nell’ambito del mio lavoro, ho mostrato come potremmo farlo nelle profondità del cervello di un topo”.
Prima di intraprendere il suo percorso nello sviluppo della microscopia e nell’imaging biologico, ha trascorso alcuni anni studiando astronomia all’Università del New Mexico ad Albuquerque, prima durante un programma di studio all’estero come studentessa universitaria e poi come studentessa laureata in fisica. Tra le altre scoperte, ha scoperto due buchi neri supermassicci al centro di una galassia, situati a 24 anni luce di distanza l’uno dall’altro – oltre 100 volte più vicini di qualsiasi coppia mai rilevata in precedenza, offrendo spunti cruciali sull’evoluzione galattica.
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“È stato molto emozionante, ma come fisica, ero davvero attratta dall’aspetto strumentale“, ha detto. “Ho pensato che sarebbe stato davvero entusiasmante costruire uno strumento che permettesse di vedere qualcosa altrimenti invisibile“.
Nello specifico, questo include la possibilità di vedere quegli ineffabili fenomeni prodotti dal cervello. Dopo essere stata attratta dai misteri dell’universo, ha poi virato nella direzione opposta.
“Chi non è interessato al cervello, vero? È così intrigante”, ha detto. “Ho sempre letto libri sul cervello e li ho trovati assolutamente affascinanti. E in particolare, c’era qualcosa nei ricordi che mi affascinava. Come si formano i ricordi? Come fa il nostro cervello a decidere quando dimenticare qualcosa? Forse come meccanismo di protezione. E perché alcuni ricordi sono così vividi e potenti?”.
Prima dell’ingegneria biomedica e dell’astronomia, Rodríguez aveva sempre sognato di diventare medico, come entrambi i suoi genitori, mentre cresceva in Venezuela. Suo padre è cardiologo e sua madre ematologa. Quando aveva circa 10 anni, indossava sempre una maglietta della Yale School of Medicine con Snoopy in camice da chirurgo, un regalo di sua madre dopo una conferenza a New Haven.
Immagine della Dr.ssa Rodríguez. Credito Yale University.
“Indossavo quella maglietta con orgoglio, sperando che un giorno sarei potuta arrivare alla Yale. Probabilmente sarebbe sembrato un sogno folle, ma eccomi qui“, ha detto. “È come chiudere il cerchio. Anche se ho intrapreso una strada diversa dalla laurea in medicina, costruire microscopi per studiare biologia mi permetterà di avere un impatto significativo sulla medicina“.
Fonte: Università di Yale