Per la prima volta una tecnica di imaging mappa l’attività della serotonina in vivo, nel cervello. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 sarà utilissimo nella sua applicazione a questa tecnica. / For the first time a technique of imaging map serotonin activity in vivo, in the brain. The patent process ENEA RM2012A000637 will be very useful in its application to this technique.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

La serotonina è un neurotrasmettitore che è in parte responsabile dei sentimenti di felicità e della regolazione dell’umore negli esseri umani. Questo lo rende un obiettivo antidepressivo: bloccare il riassorbimento della serotonina da parte dei neuroni consente al neurotrasmettitore di rimane in maggiore quantità, in circolo nel cervello.

Ora, i ricercatori del MIT hanno sviluppato una tecnica di imaging che, per la prima volta, permette la mappatura tridimensionale della serotonina in vivo durante il processo di riassorbimento da parte in neuroni, in più regioni del cervello. Questa tecnica, dicono i ricercatori, offre una visione senza precedenti delle dinamiche della serotonina e potrebbe essere un potente strumento per la ricerca e lo sviluppo di farmaci antidepressivi.

“Fino ad ora, non è stato possibile vedere come i neurotrasmettitori vengono trasportati nelle cellule in grandi regioni del cervello”, dice Aviad Hai, un postdoc presso il Dipartimento di ingegneria biologica e primo autore di un documento che descrive la tecnica nel numero odierno di Neuron. ” Per la prima volta è possibile vedere come lavorano gli inibitori della ricaptazione della serotonina, come gli antidepressivi, in diverse parti del cervello ed è possibile utilizzare queste informazioni per analizzare tutti i tipi di farmaci antidepressivi, scoprirne dei nuovi e vedere come questi farmaci influenzano il sistema della serotonina nel cervello “.

Altri autori dell’ articolo sono Alan Jasanoff, un Prof. di Ingegneria Biologica e altri tre ricercatori del laboratorio di Jasanoff: Lili X. Cai, Taekwan Lee e Victor S. Lelyveld.

Misurazione della ricaptazione

Molti antidepressivi che colpiscono il lavoro della serotonina, bloccano i trasportatori della serotonina che consentono il riassorbimento del neurotrasmettitore in un neurone, in modo che possa essere riutilizzato dopo aver inviato un segnale chimico. Giustamente chiamati “inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (SSRI)”, questi farmaci aumentano i livelli di serotonina nel cervello, alleviano i sentimenti di ansia e depressione causati da bassi livelli del neurotrasmettitore.

I ricercatori hanno studiato l’effetto degli antidepressivi usando una tecnica conosciuta come microdialisi, che consiste nell’inserimento di  una sonda nel cervello per prelevare minuscoli campioni chimici dal tessuto. Ma questo metodo richiede molto tempo ed è limitato in quanto consente di studiare una sola posizione alla volta.

Nella nuova tecnica di imaging, i ricercatori hanno utilizzato una proteina che agisce come un sensore che aggancia la serotonina al momento della ricaptazione. Quando il sensore viene iniettato, insieme alla serotonina, emette un segnale che può essere letto dalla risonanza magnetica funzionale (fMRI). Il trucco è che il sensore quando viene iniettato rimane spento ed emette un segnale basso, ma quando si lega alla serotonina si trasforma e produce un segnale molto più luminoso quando la serotonina viene rimossa.

Nel nuovo sistema, un modello matematico che utilizza i dati del segnale fMRI per costruire una mappa 3-D che consiste di oltre 1.000 voxel (pixel in tre dimensioni),  ciascun voxel rappresenta un singolo punto di misura della ricaptazione della serotonina. In base alla potenza del segnale in ogni punto, il modello calcola la quantità di serotonina che viene assorbita, in presenza e assenza di SSRI ( antidepressivo).

“Fondamentalmente, quello che abbiamo sviluppato in questo lavoro è un metodo per misurare la quantità di un neurotrasmettitore che viene assorbito e come tale importo è influenzato da diversi farmaci, in gran parte del cervello.Tali informazioni potrebbero essere molto utili per testare l’efficacia dei farmaci”, dice Jasanoff.

Per convalidare il sensore, i ricercatori hanno misurato con successo, l’effetto della fluoxetina SSRI, comunemente chiamato Prozac sui trasportatori della serotonina in sei sottoregioni di una zona del cervello nota come gangli della base. Si pensa che queste sottoregioni svolgono un ruolo nella motivazione, ricompensa, la cognizione, l’apprendimento, l’emozione e altre funzioni e comportamenti.

In tal modo, i ricercatori simultaneamente hanno registrato una forte diminuzione della ricaptazione della serotonina in risposta a Prozac in  tre delle sottoregioni, pur rilevando una risposta molto debole in un’altra regione. ” Questi risultati sono stati, più o meno, anticipati”, dice Jasanoff. “Ma ora siamo in grado di mappare in tre dimensioni e in diverse regioni del cervello, gli effetti degli inibitori della ricaptazione della serotonina e questo potrebbe portare a progressi nello studio degli effetti dei farmaci su parti specifiche del cervello”.

I ricercatori hanno scoperto anche una forte interazione dei sistemi della serotonina e dopamina e suggeriscono che gli antidepressivi possono essere meno efficaci quando hanno come targei solo uno dei due neurotrasmettitori.

Hai dice: “Potrebbe non essere sufficiente bloccare solo la ricaptazione della serotonina, perché c’è un altro sistema che è quello della dopamina, che svolge un ruolo nel trasporto della serotonina. Il nostro studio fornisce la prova che l’ utilizzo di antidepressivi che hanno come bersaglio entrambi i sistemi, potrebbe essere più efficace per il trattamento della depressione”.

I ricercatori cercheranno di esplorare diverse regioni del cervello con questo sensore, compreso il rafe dorsale, che produce la maggior parte della serotonina nel cervello e stanno cercando di sviluppare un altro sensore a base di nanoparticelle che è più sensibile di quello utilizzato per questo studio.

ENGLISH

Serotonin is a neurotransmitter that is partly responsible for feelings of happiness and mood regulation in humans. This makes it an antidepressant goal: to block the reabsorption of serotonin by neurons allows the neurotransmitter remains in greater quantities, which circulates in the brain.

Now, researchers at MIT have developed an imaging technique that, for the first time, allows the three-dimensional mapping of the in vivo serotonin during the process of resorption by in neurons, in most regions of the brain. This technique, the researchers say, provides an unprecedented view of the dynamics of serotonin and could be a powerful tool for research and development of antidepressant drugs.

"Until now, it was impossible to see how neurotransmitters are transported into cells in large regions of the brain," says Aviad Hai, a postdoc in the Department of Biological Engineering and the first author of a paper describing the technique in today's issue of Neuron. "For the first time you can see how they work serotonin reuptake inhibitors, such as antidepressants, in different parts of the brain and you can use this information to analyze all types of antidepressant drugs, uncover new and see how these drugs affect the serotonin system in the brain. "

Other authors of 'article Alan Jasanoff, a Professor of Biological Engineering and three other researchers from the laboratory Jasanoff: Lili X. Cai, Taekwan Lee and Victor S. Lelyveld.

reuptake measurement

Many antidepressants which affect the serotonin work, block the serotonin transporters that allow the resorption of the neurotransmitter in a neuron, so that it can be reused after sending a chemical signal. Rightly called "selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs)", these drugs increase serotonin levels in the brain, relieve the feelings of anxiety and depression caused by low levels of the neurotransmitter.

The researchers have studied the effect of antidepressants using a technique known as microdialysis, which consists of inserting a probe into the brain to collect tiny chemical samples from the tissue. But this method requires much time and is limited in that it allows to study only one position at a time.

In the new imaging technique, the researchers used a protein that acts as a sensor that engages the serotonin reuptake at the time. When the sensor is injected, together with the serotonin, it emits a signal that can be read by functional magnetic resonance imaging (fMRI). The trick is that the sensor when it is injected remains off and emits a low signal, but when it binds to serotonin turns and produces a much brighter signal when serotonin is removed.

In the new system, a mathematical model that used the fMRI signal data to construct a 3-D map that consists of over 1,000 voxels (pixels in three dimensions), each voxel is a single point measurement of serotonin reuptake. Based on the signal strength in each point, the model calculates the amount of serotonin which is absorbed, in the presence and absence of the SSRI (antidepressant).

"Basically, what we have developed in this paper is a method to measure the amount of a neurotransmitter that is absorbed and how this amount is influenced by several drugs, most of cervello.Tali information could be very useful to test the effectiveness of ", says Jasanoff drugs.

To validate the sensor, the researchers measured successfully, the effect of the SSRI fluoxetine, commonly called Prozac on serotonin transporters in six subregions of an area of ​​the brain known as the basal ganglia. It is thought that these sub-regions play a role in motivation, reward, cognition, learning, emotion and other functions and behaviors.

In this way, the researchers simultaneously showed a strong decrease of serotonin in response to Prozac in three sub-regions, while noting a very weak response to another region. "These results were, more or less, anticipated", says Jasanoff. "But now we can be mapped in three dimensions and in different regions of the brain, the effects of serotonin reuptake inhibitors and this could lead to advances in the study of the effects of drugs on specific parts of the brain."

The researchers also found a strong interaction of the serotonin and dopamine systems and suggest that antidepressants may be less effective when they targei as only one of two neurotransmitters.

You say: "It may not be enough to just block the reuptake of serotonin, as there is another system that is dopamine, which plays a role in serotonin transport. Our study provides evidence that the 'use of antidepressants that target both systems, it might be more effective for the treatment of depression. "

The researchers try to explore different regions of the brain with this sensor, including the dorsal raphe, which produces most of serotonin in the brain and are trying to develop another sensor-based nanoparticles that is more sensitive than that used for this study.

Da:

http://www.medimagazine.it/per-la-prima-volta-una-tecnica-di-imaging-mappa-lattivita-della-serotonina-in-vivo-nel-cervello/