“Un canale di potassio attivato dalla luce per l’inibizione neuronale”. Questo è lo studio che ha vinto l’ottava edizione del Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti.
Il lavoro è frutto della collaborazione tra il laboratorio di Biofisica dei canali ionici del Dipartimento di Bioscienze dell’Università Statale di Milano guidato da Anna Moroni, che ha costruito la nuova proteina, BLINK2, e il laboratorio di Neuromodulation of Cortical and Subcortical Circuits, guidato da Raffaella Tonini dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, che ne ha dimostrato la funzionalità sull’attività neuronale.
Nello studio, pubblicato sulla rivista di grande rilievo internazionale Nature Methods e condotto dall’Università Statale di Milano e dall’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), in collaborazione con Columbia University a New York e la University of Arizona a Tucson, viene sperimentata con successo l’efficacia di una nuova proteina sintetica che, attivata dalla luce blu, è in grado di alleviare il dolore neuropatico. Dato che in natura si trovano principalmente proteine in grado di attivare i neuroni, la messa a punto di proteine sintetiche a effetto inibitorio è un obiettivo di fondamentale importanza per trattare patologie legate all’ipereccitabilità dei neuroni, come il dolore cronico neuropatico, ad oggi difficilmente curabile.
Il lavoro del laboratorio di Anna Moroni – nell’ambito del prestigioso finanziamento “noMAGIC” ricevuto dall’European Research Council (ERC-Advanced grant) – mira a costruire proteine sintetiche attivabili a distanza mendiante stimoli fisici, quali la luce, gli ultrasuoni e i campi magnetici e nel 2015 aveva ottenuto la proteina BLINK2 nata dalla combinazione di un canale ionico di origine virale con una proteina fotorecettore proveniente dalle piante. Questi stimoli hanno il vantaggio di penetrare in profondità nei tessuti e possono pertanto essere utilizzati per controllare le proteine in remoto, in modo cioè non invasivo per l’organismo. Tali proteine trovano applicazione in vari settori della ricerca — in particolare le neuroscienze — in quanto permettono di controllare l’attività delle cellule in modo reversibile e con una elevata risoluzione temporale.
Una dimostrazione inclusa nella pubblicazione, conseguita nel laboratorio di Rajesh Khanna (University of Arizona a Tucson), è l’attivazione del canale BLINK2 in un modello di ratto di dolore neuropatico, con conseguente risultato di prolungata riduzione del dolore. Le ripercussioni di questo lavoro potranno portare a possibili nuove terapie neurologiche.
“Insieme ad Andrea Locarno, altro co-primo autore dello studio, non solo abbiamo dimostrato che BLINK2 (Cosentino et al., Science, 348(6235):707-10) è in grado di inibire l’attività neuronale nel cervello di mammifero, ma che tale inibizione persiste al buio per molti minuti,differenziandolo dagli altri tool optogenetici, che operano su scale di millisecondi e secondi”, dichiara Raffaella Tonini.
Le applicazioni di questa innovazione tecnologica possono essere molteplici. “Il fatto che BLINK2 inibisca l’attività neuronale per decine di minuti — commenta Anna Moroni — lo rende particolarmente adatto al controllo dell’ipereccitabilità neuronale persistente, come nel caso del dolore cronico”.
Lo studio è stato realizzato dalla collaborazione fra ventotto scienziati delle seguenti organizzazioni scientifiche:
Università degli Studi di Milano,Dipartimento di Bioscienze e Dipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari
- Anna Moroni (Autore corrispondente insieme a Raffaella Tonini)
- Laura Alberio (Co-primo autore insieme a Andrea Locarno)
- Monica Beltrame
- Monica Di Luca
- Elena Marcello
- Silvia Moleri
- Silvia Pelucchi
- Alessandro Porro
- Edoardo Romano
- Andrea Saponaro
- Federica Simeoni
Istituto Italiano di Tecnologia, Genova, Neuromodulation of Cortical and Subcortical Circuits Laboratory, Neuroscience and Brain Technologies Department,e Center for Neuroscience and Cognitive Systems, Rovereto
- Raffaella Tonini (Autore corrispondente insieme a Anna Moroni)
- Arjen J. Boender
- Andrea Contestabile
- Andrea Locarno (Co-primo autore insieme a Laura Alberio)
- Massimo Pasqualetti
Columbia University, New York, Department of Physiology and Cellular Biophysics
- Henry M. Colecraft
- Anna Moroni
University of Arizona, Tucson, Arizona, Department of Pharmacology
- Rajesh Khanna
- Yingshi Ji
- Shizhen Luo
- Aubin Moutal
Università di Firenze, Dipartimento di Neuroscienze, Psicologia, Area del Farmaco, e Salute del Bambino, Sezione di Farmacologia e Tossicologia
- Silvia Pelucchi
Università di Pisa,Dipartimento di Biologia
- Massimo Pasqualetti
- Noemi Barsotti
Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milano, Istituto di Biofisica
- Anna Moroni
- Giulia Romani
Institut Curie, PSL Research University, Università La Sorbona, Parigi
- Shahad Albadri
- Valérie Bercier
- Filippo Del Bene
Technische Universität, Darmstadt, Dipartimento di Biologia
- Gerhard Thiel
- Kerri Kukovetz
Il Premio
Il Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti è stato istituito nel dicembre 2015 nel quadro del costante impegno dell’Istituto per l’internazionalizzazione della leadership e per le relazioni transatlantiche. Il riconoscimento viene assegnato ogni anno a una ricerca nell’ambito delle scienze naturali, teoriche o applicate, frutto della collaborazione tra scienziati e/o organizzazioni di ricerca dell’Italia e degli Stati Uniti.
La Giuria presieduta dall’On. Prof. Giulio Tremonti, Presidente di Aspen Institute Italia, è composta da:
- Prof.ssa Cristina M. Alberini, Center for Neural Science, New York University, New York
- Prof.ssa Alessandra Buonanno, Director, Max Planck Institute for Gravitational Physics – Albert Einstein Institute, Potsdam
- Prof. Domenico Giardini, Chair of Seismology and Geodynamics, ETH, Zurigo
- Prof. Luciano Maiani, Professore Emerito di Fisica Teorica, Sapienza Università di Roma
- Prof. Giovanni Rezza, Direttore Generale della Prevenzione Sanitaria, Ministero della Salute, Roma
- Dott. Lucio Stanca, Vice Presidente, Aspen Institute Italia, Roma