Sistema nervoso, uno studio sui neuroni di un verme aiuta a capirne il funzionamento

Un verme con appena 302 neuroni aiuta a capire i meccanismi di funzionamento del sistema nervoso. Uno studio, condotto dall'Università Campus Bio-Medico di Roma e dal Centro di Nano-Scienze per la Vita (CLNS - IIT) dell'Istituto Italiano di Tecnologia, ha indagato il funzionamento dei neuroni olfattori e motori che regolano il comportamento del nematode Caenorhabidits elegans, che si muove attratto o respinto da specifici odori.

Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica PLOS One, descrive tramite equazioni matematiche le correnti elettriche che regolano il funzionamento dei neuroni, riproducendo virtualmente il loro comportamento e individuandone i meccanismi regolatori. Partendo da dati sperimentali, è stato elaborato un modello matematico che riproduce l'attività di un particolare neurone olfattorio e di un neurone motorio.

"Si tratta - spiega Simonetta Filippi, responsabile dell'Unità di Fisica non lineare e modelli matematici della Facoltà di Ingegneria dell'Università Campus Bio-Medico di Roma - dei primi neuroni del nematode a essere completamente descritti con un modello virtuale, che, generalizzato, ci consentirà di capire e predire come l'informazione esterna (ad esempio, la percezione di un odore) venga trasmessa ed elaborata da un semplice sistema nervoso, producendo una risposta dell'organismo (ad esempio, l'avvicinamento alla sorgente dell'odore). In prospettiva, questi semplici circuiti potranno essere usati ad esempio per progettare sensori biologici".

Questo tipo di studi ha potenziali ricadute sia sulla ricerca tecnologica che farmaceutica, per la comprensione dei meccanismi molecolari alla base di diverse patologie e per studiare l'effetto di particolari farmaci sul comportamento globale della cellula. Le correnti associate a ben 14 categorie di canali di membrana, descritte nel modello, hanno consentito di analizzare nel dettaglio il comportamento dei singoli neuroni. In particolare, si è osservato che i canali del calcio di tipo T permettono al neurone motore di funzionare come un interruttore che regola il piegamento del muso del verme. Questi canali si trovano anche nel cuore e nei neuroni dei vertebrati, dove agiscono come importanti regolatori dell'attività neuronale e cardiaca.

"L'impatto clinico del lavoro si potrà apprezzare a pieno solo tra qualche tempo", sottolinea Giovanni Di Pino, responsabile dell'Unità di Neurofisiologia e Neuroingegneria dell'interazione Uomo-Tecnologia (NeXTLab) dell'Università Campus Bio-Medico di Roma. "Capire il comportamento dei canali nel sistema nervoso semplice del nematode può aiutare la comprensione di sistemi più complessi, come il cervello umano, in particolare per le patologie legate ad un malfunzionamento dei canali, dette canalopatie (ad esempio le sindromi epilettiche, le psicosi e le alterazioni del ritmo cardiaco), e nello sviluppo e uso di molti farmaci", aggiunge.