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BACKUP: circuiti ibridi per il controllo dell’eccitabilità neuronale
nell’epilessia
Yuri Bozzi
Neurodevelopmental Disorders Research Group
CIMeC - UNITN
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Epilessia: definizione
Il termine “epilessia” si riferisce a scariche locali della
materia grigia, di natura occasionale, improvvisa,
eccessiva, rapida e locale
John H. Jackson, 1873
J.H. Jackson (1835 – 1911)
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Crisi epilettiche
Crisi parziale Crisi generalizzata
Dreamstime.com
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Epilessia: cause e sviluppo
• Lesione iniziale
• Riorganizzazione strutturale e funzionale (plasticità cerebrale / epilettogenesi)
• Crisi ricorrenti (fase cronica)
• Resistenza a farmaci
• Imprevedibilità delle crisi
Pitkanen & Sutula, Lancet Neurology 2002
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Epilessia in vitro
• Crisi epilettiche si possono indurre in neuroni in coltura mediante farmaci che stimolano l’attività elettrica neuronale
• Questi modelli in vitro consentono di studiare i meccanismi alla base dell’insorgenza delle crisi epilettiche
Joelle Pineau, McGill University
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Questioni aperte
• E’ possibile riconoscere e prevedere l’insorgenza delle crisi epilettiche ?
• E’ possibile interromperle in maniera efficace e senza effetti secondari ?
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BACKUP e epilessia
BACKUP si propone di utilizzare circuiti ibridi per rispondere a queste domande
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BACKUP e epilessia: obiettivi generali
• Sviluppo di circuiti ibridi in grado di identificare le crisi epilettiche in vitro
• Elaborazione del segnale da circuiti ibridi al fine di ridurre l’attività epilettica in reti neuronali iper-eccitabili
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Creazione di una rete neuronale iper-eccitabile
• Neuroni coltivati su circuiti fotonici, e infettati con halorhodopsin, un canale di membrana in grado di sopprimere l’attività neuronale se attivato da luce con lunghezza d’onda appropriata
• Induzione di crisi epilettiche e loro detezione mediante elettrofisiologia (registrazioni da singole cellule o MEA, “multi-electrode arrays”)
• Iniezione dei segnali elettrici registrati nel circuito fotonico, in modo da “addestrarlo” a riconoscere le crisi epilettiche
BACKUP e epilessia: obiettivo 1
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Estinzione delle crisi epilettiche mediante circuiti fotonici
• Nel circuito ibrido, la componente fotonica imparerà a riconoscere le crisi epilettiche, generando uno stimolo luminoso di una specifica lunghezza d’onda adatta ad attivare nei neuroni l’halorodopsin e sopprimere quindi l’attività neuronale epilettica
BACKUP e epilessia: obiettivo 2
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BACKUP e epilessia: riassunto
neuroni in coltura
contenenti halorodopsin
crisi epilettiche
circuito
fotonico
farmaci epilettogeni
training del circuito fotonico
inibizione dell’attività epilettica