Un "interruttore molecolare" migliorato promette di aiutare i ciechi, i sordi e i cardiopatici
Un significativo progresso nell'optogenetica
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Controllo affidabile e più delicato dell'attività cellulare con la luce: I ricercatori del Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) e del Centro Else Kröner Fresenius per le Terapie Optogenetiche (EKFZ OT) del Centro Medico Universitario di Gottinga (UMG) hanno sviluppato una proteina sensibile alla luce che può ripristinare la vista e l'udito e regolare il ritmo cardiaco. La particolarità: Anche dosi di luce molto piccole sono sufficienti per azionare questo "interruttore luminoso molecolare". Questo apre nuove possibilità per lo sviluppo di terapie innovative per il trattamento della cecità, della sordità e dell'aritmia cardiaca. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista "Nature Biomedical Engineering".
L'optogenetica è una tecnologia innovativa che utilizza proteine sensibili alla luce, note come rodopsine canalari, per controllare con precisione l'attività delle cellule nervose e muscolari. I progetti genetici di questi "interruttori luminosi molecolari" vengono introdotti nelle cellule bersaglio tramite vettori virali appositamente progettati. L'attività delle cellule può quindi essere attivata e disattivata da impulsi di luce temporizzati con precisione. Il campo dell'optogenetica ha aperto nuove possibilità a livello mondiale nella ricerca di base, ma anche per il trattamento delle malattie. Al fine di utilizzare questa tecnologia per lo sviluppo di nuove opzioni terapeutiche, ad esempio per i pazienti cardiopatici, gli ipoacusici gravi e i ciechi, sia le proteine sensibili alla luce che i virus devono essere adattati in modo ottimale per garantire il massimo beneficio e la sicurezza richiesta per l'uso nell'uomo.
I ricercatori del Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) di Göttingen e del Centro Else Kröner Fresenius per le terapie optogenetiche (EKFZ OT) hanno ora descritto lo sviluppo e l'applicazione di una nuova proteina fotosensibile particolarmente promettente. Questa nuova rodopsina canalicolare sviluppata dal Dr. Thomas Mager, leader del gruppo di ricerca presso l'Istituto di Neuroscienze uditive dell'University Medical Center di Gottinga (UMG) e dai suoi colleghi, si chiama "ChReef". "Modificando in modo specifico l'impronta genetica di questa proteina attivabile dalla luce e utilizzando, tra l'altro, metodi analitici basati su robot, siamo riusciti ad aumentare in modo significativo l'efficienza della stimolazione optogenetica", spiega il dottor Mager. "Questo ci fa fare un ulteriore passo avanti verso l'applicabilità negli esseri umani, per ripristinare la vista e l'udito e regolare i battiti cardiaci", afferma il Prof. Dr. Tobias Moser, direttore dell'Istituto di Neuroscienze uditive dell'UMG e portavoce dell'MBExC e dell'EKFZ OT.
Promettenti applicazioni terapeutiche di ChReef
In uno studio completo, i ricercatori dell'MBExC e dell'EKFZ OT hanno valutato l'efficienza della nuova chanelrhodopsina e hanno fornito prove del grande potenziale di ChReef nelle scienze della vita e nelle applicazioni cliniche.
Ad esempio, i ricercatori guidati dal Prof. Dr. Tobias Brügmann, leader del gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Fisiologia Cardiovascolare dell'UMG, membro dell'MBExC e vice relatore dell'EKFZ OT, sono stati in grado di dimostrare, ad esempio, che il nuovo 'strumento' è in grado di terminare i cardiomiociti che battono irregolarmente con un dispendio energetico minimo.
In un altro studio, condotto dal membro dell'MBExC e vice relatore dell'EKFZ OT, la Prof.ssa Emilie Macé, docente di "Dinamica delle reti di cellule eccitabili" presso il Dipartimento di oftalmologia dell'UMG, il nuovo strumento è stato testato su topi ciechi attraverso una terapia genica somministrata direttamente agli occhi. Un successivo test comportamentale ha dimostrato che i topi erano in grado di rilevare le differenze di luminosità sullo schermo di un iPad. Questo tipo di ripristino della vista è già stato testato negli esseri umani in altri studi, ma con le rodopsine canalari precedentemente utilizzate erano necessarie fonti di luce molto forti.
Un'altra possibile applicazione del ChReef che gli autori descrivono è il ripristino optogenetico dell'udito attraverso l'impianto cocleare optogenetico (oCI). Ciò promette una migliore risoluzione dei diversi suoni rispetto all'impianto cocleare elettrico attualmente utilizzato in tutto il mondo per la riabilitazione dell'udito. Nello studio recentemente pubblicato, i ricercatori hanno richiesto dosi di luce incredibilmente basse per "sentire con la luce". Con lo sviluppo di ChReef, abbiamo compiuto un passo significativo verso l'applicazione clinica dell'impianto cocleare optogenetico, poiché ora è necessaria una quantità di energia significativamente inferiore per "sentire con la luce"", spiega il Prof. Moser. "Da un lato, questo riduce i danni alle cellule causati dalla luce e, dall'altro, le batterie durano più a lungo". Per l'applicazione sull'uomo, è importante che il ripristino dell'udito con la luce sia possibile anche nel modello dei primati, come hanno dimostrato per la prima volta i ricercatori guidati dal Prof. Dr. Marcus Jeschke, responsabile del gruppo di ricerca "Udito cognitivo nei primati" presso il Centro tedesco per i primati - Istituto Leibniz per la ricerca sui primati (DPZ) di Göttingen. "ChReef rappresenta un progresso significativo nell'optogenetica e offre un grande potenziale per la ricerca di base e per le applicazioni terapeutiche, come i disturbi del ritmo cardiaco o il ripristino dell'udito e della vista", aggiunge la dott.ssa Bettina Wolf, ricercatrice post-dottorato presso l'Istituto di neuroscienze uditive e co-autrice dello studio.
Questo progetto di ricerca è stato sostenuto dal cluster di eccellenza di Gottinga "Multiscale Bioimaging: from molecular machines to networks of excitable cells" (MBExC) e dal Centro Else Kröner Fresenius per le terapie optogenetiche (EKFZ OT), attualmente in fase di costituzione, che mira a far progredire la traduzione delle terapie optogenetiche in applicazioni cliniche. "Lo sviluppo di nuovi metodi è strettamente legato alle applicazioni scientifiche e mediche previste qui a Gottinga. Impariamo l'uno dall'altro e possiamo quindi progredire in modo particolarmente efficace nello sviluppo di terapie optogenetiche", sottolinea il Prof. Moser, sottolineando il potenziale della collaborazione sinergica tra MBExC e EKFZ OT di Gottinga.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Alexey Alekseev, Victoria Hunniford, Maria Zerche, Marcus Jeschke, Fadhel El May, Anna Vavakou, Dominique Siegenthaler, Marc A. Hüser, Svenja M. Kiehn, ... Stuart Trenholm, Emilie Macé, Kathrin Kusch, Tobias Bruegmann, Bettina J. Wolf, Thomas Mager, Tobias Moser; "Efficient and sustained optogenetic control of sensory and cardiac systems"; Nature Biomedical Engineering, 2025-7-28
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