I ricercatori usano un virus per tracciare gli effetti della psilocibina in tutto il cervello / Researchers Use Virus To Trace Psilocybin’s Effects Across the Entire Brain

I ricercatori usano un virus per tracciare gli effetti della psilocibina in tutto il cervello. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Researchers Use Virus To Trace Psilocybin’s Effects Across the Entire Brain. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

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

Utilizzando un virus della rabbia modificato, gli scienziati dimostrano che la psilocibina interrompe i pensieri negativi e rimodella l'elaborazione sensoriale.

Una collaborazione internazionale guidata dai ricercatori della Cornell University ha utilizzato una combinazione di psilocibina e virus della rabbia per mappare come e dove il composto psichedelico riprogramma le connessioni nel cervello.

Nello specifico, hanno dimostrato che la psilocibina indebolisce i circuiti di feedback cortico-corticali che possono intrappolare le persone in pensieri negativi. La psilocibina rafforza anche i percorsi verso le regioni sottocorticali che trasformano le percezioni sensoriali in azioni, migliorando sostanzialmente le risposte sensomotorie.

I  risultati sono stati pubblicati il ​​5 dicembre su Cell . L'autore principale è il ricercatore post-dottorato Quan Jiang.

Il progetto è l'ultimo di una serie di scoperte guidate da  Alex Kwan , Ph.D. '09, professore di ingegneria biomedica alla Cornell University e autore principale dell'articolo. Il laboratorio di Kwan studia i modi in cui farmaci psichiatrici come psilocibina, ketamina e 5-MeO-DMT riprogrammano i circuiti neurologici del cervello, con l'obiettivo di sviluppare trattamenti terapeutici per la depressione.

La psilocibina, il principio attivo dei funghi allucinogeni, è un candidato promettente per lo sviluppo farmaceutico, perché gli studi clinici hanno dimostrato che la droga psichedelica può ridurre i sintomi nelle persone affette da depressione, per settimane e forse anche mesi dopo un singolo trattamento.

Nel 2021, il gruppo di Kwan ha utilizzato l'imaging ottico ad alta risoluzione per dimostrare che una singola dose di psilocibina induce plasticità strutturale, ovvero la capacità del cervello di rimodellare la propria struttura, attraverso la rapida crescita delle spine dendritiche che portano a connessioni sinaptiche.

"Molte persone erano entusiaste dello studio precedente, perché le sostanze psichedeliche sono terapie promettenti, ma non sappiamo perché funzionino. Il nostro studio ha dimostrato che il ricablaggio nel cervello dura a lungo", ha detto Kwan. "Una delle domande chiave era che, anche se dimostriamo che si stanno creando nuove connessioni, non sappiamo dove si collegano. L'obiettivo di questo studio è capire: quali sono esattamente le parti del circuito che vengono ricablate?"

Per riuscirci, il gruppo di Kwan ha adottato un nuovo approccio. Invece di usare l'ottica per visualizzare le singole connessioni sinaptiche, hanno abbinato la psilocibina a uno degli avversari più astuti della biologia: il virus della rabbia. Il virus, creato dai collaboratori dell'Allen Institute for Brain Science di Seattle, si muoverebbe e traccerebbe il "complessissimo schema elettrico" del cervello, ha detto Kwan, proprio come le auto di Google che mappano tutte le strade di un quartiere.

"Con la psilocibina, è come se aggiungessimo tutte queste strade al cervello, ma non sappiamo dove portino", ha detto Kwan. "Qui usiamo il virus della rabbia per leggere la connettività nel cervello, perché questi virus sono progettati in natura per trasmettere tra neuroni. Ecco perché sono così letali. Salta una sinapsi e passa da un neurone all'altro".

Per prima cosa, i ricercatori hanno iniettato una singola dose di psilocibina nei neuroni piramidali della corteccia frontale di un topo. Il giorno dopo, l'hanno iniettata con una variante del virus della rabbia in grado di trasmettersi attraverso una sinapsi e di marcare i neuroni connessi con proteine ​​fluorescenti. Dopo una settimana di incubazione del virus nel topo, il team ha eseguito l'imaging del suo cervello e ha confrontato i risultati con quelli di un cervello di topo di controllo che aveva ricevuto solo il virus.

L'etichettatura fluorescente ha rivelato che la psilocibina aveva indebolito le connessioni ricorrenti all'interno della corteccia, circuiti di feedback che potrebbero spiegare perché una persona depressa si fissa su pensieri negativi.

"La ruminazione è uno dei principali fattori scatenanti della depressione, ovvero quando le persone hanno questa tendenza a concentrarsi su pensieri malsani e continuano a soffermarsi sugli stessi pensieri negativi", ha affermato Kwan. "Riducendo alcuni di questi circoli viziosi, i nostri risultati sono coerenti con l'interpretazione secondo cui la psilocibina potrebbe riprogrammare il cervello per interrompere, o almeno indebolire, quel circolo vizioso".

I ricercatori hanno anche notato che l'area sensoriale del cervello diventa più strettamente collegata alla regione sottocorticale, rafforzando il legame tra percezione e azione.

Inizialmente Kwan si aspettava di trovare connessioni tra una o due regioni del cervello, ma rimase sorpreso nello scoprire che il ricollegamento della psilocibina coinvolgeva l'intero cervello.

"Si tratta di osservare cambiamenti che coinvolgono l'intero cervello", ha affermato. "È una scala su cui non avevamo mai lavorato prima. Spesso ci concentriamo su una piccola parte del circuito neurale".

L'ampia mappatura dei percorsi ha anche dimostrato che l'entità dell'attività di attivazione cerebrale può determinare cosa viene riprogrammato dal farmaco.  Ciò ha spinto i ricercatori a dimostrare che, perturbando e manipolando l'attività neurale di una singola regione cerebrale, si potrebbe effettivamente modificare il modo in cui la psilocibina riprogramma i circuiti.

"Ciò apre molte possibilità terapeutiche, come ad esempio evitare parte della plasticità negativa e poi potenziare specificamente quella positiva", ha affermato Kwan.

ENGLISH

Using a modified rabies virus, scientists show psilocybin disrupts negative thinking and reshapes sensory processing.

An international collaboration led by Cornell researchers used a combination of psilocybin and the rabies virus to map how – and where – the psychedelic compound rewires the connections in the brain.

Specifically, they showed psilocybin weakens the cortico-cortical feedback loops that can lock people into negative thinking. Psilocybin also strengthens pathways to subcortical regions that turn sensory perceptions into action, essentially enhancing sensory-motor responses.

The findings published Dec. 5 in Cell. The lead author is postdoctoral researcher Quan Jiang.

The project is the latest in a trail of discoveries led by Alex Kwan, Ph.D. ’09, professor of biomedical engineering in Cornell Engineering and the paper’s senior author. Kwan’s lab studies the ways psychiatric drugs such as psilocybin, ketamine and 5-MeO-DMT rewire the brain’s neurological circuitry, with the goal of developing therapeutic treatments for depression.

Psilocybin, which is the active ingredient in magic mushrooms, is a promising candidate for pharmaceutical development because the clinical trials have shown that the psychedelic drug can reduce symptoms in people with depression – for weeks and perhaps even months after a single treatment.

In 2021, Kwan’s group used high-resolution optical imaging to show that a single dose of psilocybin induces structural plasticity – the brain’s ability to reshape its structure – by rapidly growing dendritic spines that lead to synaptic connections.

“A lot of people were excited about the earlier study, because psychedelics are promising therapeutics but we don’t know why they work. Our study showed that the rewiring in the brain lasts a long time,” Kwan said. “One of the key questions was that, even though we show that new connections are being made, we don’t know where they connect. The goal of this study is to figure out: what exactly are the parts of the circuit that get rewired?”

To do that, Kwan’s group took a new approach. Instead of using optics to image individual synaptic connections, they paired the psilocybin with one of biology’s wiliest adversaries: the rabies virus. The virus, created by collaborators at the Allen Institute for Brain Science in Seattle, would move through and chart the brain’s “very complex wiring diagram,” Kwan said, much like Google’s mapping cars roaming all the streets in a neighborhood.

“With psilocybin, it’s like we’re adding all these roads to the brain, but we don’t know where the roads go,” Kwan said. “Here we use the rabies virus to read out the connectivity in the brain, because these viruses are engineered in nature to transmit between neurons. That’s how they’re so deadly. It jumps a synapse and goes from one neuron to another.”

First the researchers injected a single dose of psilocybin into a mouse’s frontal cortical pyramidal neurons. Then a day later, they chased it with a variant of the rabies virus that could transmit across a synapse and label those connected neurons with fluorescent proteins. After the virus had incubated in the mouse for a week, the team imaged its brain and compared the results with a control mouse brain that had only received the virus.

The fluorescent tagging revealed that psilocybin had weakened recurrent connections within the cortex – feedback loops that may explain why a depressed person fixates on negative thoughts.

“Rumination is one of the main points for depression, where people have this unhealthy focus and they keep dwelling on the same negative thoughts,” Kwan said. “By reducing some of these feedback loops, our findings are consistent with the interpretation that psilocybin may rewire the brain to break, or at least weaken, that cycle.”

The researchers also saw that the sensory area of the brain becomes more strongly wired to the subcortical region, strengthening the link between perception and action.

Initially Kwan expected to find connections between one or two regions of the brain, but he was surprised to discover psilocybin’s rewiring involved the whole brain.

“This is really looking at brain-wide changes,” he said. “That’s a scale that we have not worked at before. A lot of times, we’re focusing on a small part of the neural circuit.”

The extensive pathway mapping also showed that the amount of firing activity in the brain may determine what gets rewired by the drug. That inspired the researchers to demonstrate that by perturbing and manipulating the neural activity of one brain region, they could actually change the way psilocybin rewires the circuitry.

“That opens up many possibilities for therapeutics, how you maybe avoid some of the plasticity that’s negative and then enhance specifically those that are positive,” Kwan said.

Da:

https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/news/researchers-use-virus-to-trace-psilocybins-effects-across-the-entire-brain-407722?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz--PVAkxlVGSRLjyxktzTrxeAMsEug4Sal2o6PFdfcL--uwFvX4H-yExmKKWnJ7uo7ZOEhXA2ApPEKM4DIEWJbaZBIZJVPfZedhVh1o0tFn4r2p1ZvA&_hsmi=393438284&utm_content=393438284&utm_source=hs_email