Brain in a Dish
Coordinatore
Team di ricerca
Modellare lo sviluppo corticale
Negli ultimi 10 anni, il team ha sviluppato protocolli per guidare la differenziazione di cellule pluripotenti di topo e umane con identità cerebrali distinte. Utilizzando modelli in vitro di sviluppo embrionale, ci proponiamo di scoprire nuovi meccanismi molecolari che controllano la corticogenesi e l'attività corticale. Abbiamo focalizzato la nostra attenzione sui meccanismi che generano diverse strutture corticali (palliali): corteccia cerebrale, ippocampo, corteccia entorinale. Abbiamo testato le cellule differenziate in vitro in esperimenti di trapianto nel cervello di topo. Stiamo analizzando attivamente la formazione di reti neurali funzionali con modelli distinti di frequenza di scarica e sincronizzazione neuronale a seconda dell'identità dei progenitori delle cellule neurali. Queste attività si basano sulla disponibilità di strutture e metodi che abbiamo acquisito negli ultimi dieci anni. Un'ampia e completa struttura per le colture cellulari presso Bio@SNS è dedicata alla neuralizzazione di cellule staminali embrionali di topo (mEScs) e di cellule pluripotenti indotte umane (hiPSCs) per generare colture neurali 2D, organoidi cerebrali e colture neuronali per studi sull'attività neuronale. Sono stati sviluppati metodi di analisi computazionale di librerie di mRNA e miRNA per affrontare l'analisi molecolare dei neuroni in coltura. Recentemente è stata acquisita una nuova piattaforma per l'analisi parallela e la stimolazione di 4096 elettrodi indipendenti per studiare l'attività elettrica di reti neuronali 2D.
Linee di ricerca
Evoluzione della corteccia cerebrale
Questa linea di ricerca mira a comprendere i meccanismi che generano l'espansione della corteccia cerebrale nei mammiferi studiando la generazione e l'espansione delle cellule radiali esterne negli organoidi corticali di diverse specie di mammiferi. Infatti, la glia radiale esterna è proprio il tipo di cellula che genera i neuroni sopra-granulari tipici delle aree corticali associative nei mammiferi superiori, compresi i primati e l'uomo. Questa attività è una delle frontiere del neurosviluppo e il team di Brain in a Dish del Bio@SNS ha le competenze tecniche e il background culturale per affrontarla.
Corteccia Entorinale
Questa linea ha come focus lo studio dei meccanismi di degenerazione dei neuroni entorinali umani e della loro relazione con modelli alterati di attività neuronale, utilizzando hiPSC corticalizzate in vitro. La capacità di modellare in vitro lo sviluppo embrionale, la maturazione sinaptica e l'attività dei neuroni entorinali umani consentirà al team di studiare le prime fasi della neurodegenerazione nella malattia di Alzheimer.
Plasticità degli astrociti
Lo scopo di questa linea di ricerca è identificare le differenze tra i programmi genetici della neurogenesi embrionale, dell'astrogliogenesi embrionale e dell'astrogliosi adulta. Recentemente, il Brain in a Dish ha sviluppato un metodo per controllare la transizione tra neurogenesi e astrogliogenesi in vitro, consentendoci di studiare i geni master che controllano la transizione. Staimo eseguendo confronti longitudinali del trascrittoma di colture neurali sottoposte a neurogenesi o astrogliogenesi e del trascrittoma della corteccia cerebrale sottoposta a astrogliogenesi sperimentale indotta da ictus. Questo approccio permetterà di identificare i geni master della neurogenesi e di eseguire saggi di conversione astrociti-neuroni in modelli animali di neurodegenerazione indotta da lesioni.
Reti neuronali in vitro
Indagare lo sviluppo e la maturazione delle reti neuronali della corteccia cerebrale derivate da hiPScs è una frontiera delle neuroscienze. Ci stiamo concentrando sul contributo dei neuroni inibitori alla plasticità e alle prestazioni della rete nei saggi di potenziamento sinaptico. Questo lavoro è fondamentale per comprendere il contributo dell'inibizione GABAergica nella formazione di reti corticali sane e il suo coinvolgimento in varie malattie neurologiche come l'epilessia, la schizofrenia, i disturbi cognitivi e depressivi.