Il cervello umano è una struttura squisitamente complessa, CPU organica, fatta di trilioni di connessioni tra molti miliardi di neuroni. Comprendere un organo così complicato è un'impresa scientifica enorme, e i ricercatori usano spesso modelli semplificati per scoprire piccoli pezzi del puzzle neurologico.

In un rapporto pubblicato su Micromacchine , i ricercatori dell'Istituto di scienze industriali dell'Università di Tokyo descrivono il loro nuovo metodo per creare uno di questi modelli utilizzando piastre microscopiche per collegare i neuroni insieme una cellula alla volta.

La ricerca sul cervello prevede tipicamente l'uso di colture in vitro, che sono raccolte di neuroni cresciuti insieme in un piatto. Una cultura rappresenta, in effetti, una versione molto ridotta di un cervello che può essere manipolato chimicamente o elettricamente. Mentre le culture sono indispensabili per la ricerca neurologica, soffrono di notevoli limitazioni.

"I modelli di coltura in vitro sono strumenti essenziali perché si avvicinano a reti di neuroni relativamente semplici e sono controllabili sperimentalmente, ", afferma il primo autore dello studio Shotaro Yoshida. "Questi modelli sono stati fondamentali per il campo per decenni. Il problema è che sono molto difficili da controllare, poiché i neuroni tendono a stabilire connessioni casuali tra loro. Se riusciamo a trovare metodi per sintetizzare le reti di neuroni in modo più controllato, probabilmente stimolerebbe importanti progressi nella nostra comprensione del cervello".

I ricercatori hanno sfruttato le recenti intuizioni su come si comportano i neuroni; vale a dire, che le forme geometriche possono guidare i neuroni, dicendo loro dove e come crescere. In questo caso, il team ha utilizzato un materiale adesivo sintetico per neuroni per realizzare una piastra microscopica. Il piatto è circolare con due rettangoli sporgenti, in qualche modo simile a una perlina su una corda tesa. Hanno scoperto che questa forma guida i neuroni a crescere in un modo molto definito:quando vengono posizionati sulla micropiastra, il corpo cellulare di un neurone si deposita sul cerchio, mentre l'assone e i dendriti, i rami che consentono ai neuroni di comunicare tra loro, crescono longitudinalmente lungo i rettangoli.

"Ciò che era particolarmente importante in questo sistema era avere il controllo su come i neuroni si collegavano, " Aggiunge Yoshida. "Abbiamo progettato le micropiastre per essere mobili, in modo che spingendoli in giro, potremmo spostare fisicamente due neuroni uno accanto all'altro. Una volta che li abbiamo messi insieme, potremmo quindi verificare se i neuroni erano in grado di trasmettere un segnale".

I neuroni comunicano tra loro attraverso le sinapsi, strutture specializzate che consentono ai messaggeri chimici di viaggiare da un neurone all'altro. Utilizzando una tecnica per visualizzare le parti di una sinapsi, il team di ricerca ha scoperto che i neuroni che cavalcano le micropiastre erano effettivamente in grado di formare questi centri di comunicazione. Cosa c'era di più, gli hub erano funzionanti:quando un neurone si illuminava di ioni caricati elettricamente, il suo partner si illuminò esattamente nello stesso momento.

Mentre il team mira a perfezionare ulteriormente il sistema (solo una piccola frazione di neuroni potrebbe essere collegata con successo attraverso sinapsi funzionanti), i risultati dello studio suggeriscono un importante passo avanti nell'utilizzo delle micropiastre per la ricerca.

"Questo è, al meglio delle nostre conoscenze, la prima volta che una micropiastra mobile è stata utilizzata per influenzare morfologicamente i neuroni e formare connessioni funzionali, "Conclude il ricercatore capo Shoji Takeuchi. "Riteniamo che la tecnica alla fine ci consentirà di progettare semplici modelli di rete di neuroni con risoluzione a singola cellula. È una prospettiva entusiasmante, in quanto apre molte nuove strade di ricerca che non sono possibili con la nostra attuale suite di strumenti sperimentali".