• Acuità visiva
• Arricchimento ambientale
• LTP
• Memoria spaziale
• Sindrome di Down
• Ts65Dn

Un tema di grande attualità nelle Neuroscienze è la patologia indotta dalla presenza, durante lo sviluppo dei circuiti neuronali, di livelli abnormi di inibizione cerebrale (overinihibition). Per overinihibition si intende un eccessivo tono inibitorio dato da un’anomala proliferazione dei terminali inibitori, molto spesso GABAergici, a scapito di quelli eccitatori. Tale processo porta di sovente alla comparsa di sindromi caratterizzate da inabilità intellettuale, che insorge precocemente e poi evolve in deficit funzionali permanenti. È oggi ampiamente accettata l’idea secondo la quale alla base di tali fenomeni aberranti vi siano alterazioni della plasticità sinaptica dei circuiti cerebrali presenti nei distretti cerebrali colpiti.
La ricerca di strategie volte a ridurre i livelli di inibizione cerebrale riveste, pertanto, grande interesse clinico ai fini dello sviluppo di nuove terapie per il trattamento della inabilità intellettuale dipendente da overinihibition. A questo riguardo, una recente pubblicazione dell'Istituto di Neuroscienze del CNR di Pisa (Sale et al., Nature Neuroscience – 2007) ha messo in evidenza come protocolli di Arricchimento Ambientale (AA) possano essere utilizzati con successo sugli animali da laboratorio per abbassare il tono di inibizione corticale e riaprire finestre di plasticità neurale anche in individui in età adulta. L’AA è molto usato per studiare l’influenza dell’esperienza sensoriale sul cervello e sul comportamento. Gli animali “arricchiti” sono allevati in gruppi sociali numerosi e in gabbie di grandi dimensioni, dove sono presenti numerosi giochi, tunnel e scale, frequentemente cambiati dallo sperimentatore.
Inoltre, gli animali hanno la possibilità di praticare attività fisica volontaria grazie alla presenza di ruote di movimento. Pertanto, gli animali arricchiti usufruiscono di aumentate relazioni sociali, di una continua stimolazione multi-sensoriale garantita dal rinnovamento degli oggetti e di alti livelli di attività fisica. I risultati di Sale e collaboratori mostrano che l’AA induce un completo recupero delle funzioni visive in roditori adulti ambliopi (l’ambliopia è una patologia dovuta a forte squilibrio funzionale tra i due occhi) e che tale recupero è dovuto a una marcata riduzione dell’inibizione GABAergica. Tali dati aprono l’interessante possibilità che l’AA possa essere impiegato proficuamente nel trattamento di altre patologie neurologiche caratterizzate da un’eccessiva inibizione cerebrale.
La presente Tesi di Laurea si pone come obiettivo principale lo studio degli effetti dell'AA su una delle più note sindromi caratterizzate da inabilità intellettuale che insorge durante lo sviluppo, la Sindrome di Down (SD). La SD ha un'incidenza sulla popolazione di circa 1 ogni 700 nati vivi e costituisce un terzo circa dei casi totali di deficit intellettivo. Chiamata anche trisomia 21, è dovuta alla mancata disgiunzione meiotica nelle due cellule figlie della coppia di cromosomi 21. Questo porta ad uno sbilanciamento genetico a carico di circa 250 geni, con un fenotipo caratterizzato da forti anomalie e ritardi a livello di sviluppo sia morfologico sia cognitivo, risultanti in un accentuato ritardo mentale associato ad abbassamento del QI. Inoltre, gli individui con SD presentano una spiccata predisposizione allo sviluppo di crisi epilettiche e demenza di tipo Alzheimer.
Recentemente, è stato creato un modello murino molto utile per lo studio della SD, il topo TS65Dn, che presenta un’estesa trisomia a carico del cromosoma 16, omologo del cromosoma 21 umano. Fenotipicamente, i topi Ts65Dn presentano anomalie di sviluppo morfologico e cognitivo del tutto paragonabili a quelle umane, con ben documentati deficit visivi e, a livello comportamentale, di attenzione, memoria e apprendimento. Numerosi studi hanno dimostrato che i deficit cognitivi del topo Ts65Dn sono dovuti ad una eccessiva inibizione a livello dei circuiti ippocampali.
Poiché l’AA è efficace nell’indurre un abbassamento del tono inibitorio del cervello adulto, nella presente Tesi ho investigato la possibilità di usare l’AA come strategia terapeutica per il recupero dei deficit funzionali presenti nei topi Ts65Dn. L’indagine è stata condotta su tre livelli: 1) comportamentale: studio delle prestazioni cognitive in compiti di memoria spaziale; 2) elettrofisiologico – plasticità sinaptica: studio dei livelli di plasticità sinaptica a lungo termine nei circuiti dell’ippocampo, i più colpiti dai livelli eccessivi di inibizione; 3) elettrofisiologico – funzioni visive: misura dell’acuità visiva e della dominanza oculare. I risultati hanno evidenziato un deficit marcato della memoria spaziale nei topi TS65Dn, valutato mediante l’impiego del labirinto ad acqua di Morris (Morris water maze). Poiché le alterazioni a carico della memoria spaziale riscontrate nei TS65Dn sono correlate con livelli ridotti di plasticità sinaptica ippocampale, abbiamo inoltre studiato il potenziamento a lungo termine (LTP) dei potenziali di campo post-sinaptici eccitatori a livello del giro dentato dell’ippocampo, in risposta a stimoli ad alta frequenza. I topi TS65Dn hanno evidenziato una marcata riduzione dei livelli di LTP in tale area. Infine, mediante registrazioni elettrofisiologiche di potenziali evocati visivi (VEP) dalla corteccia visiva primaria, abbiamo messo in luce una riduzione dell’acuità visiva e un’alterazione della dominanza oculare nei topi TS65Dn rispetto ai fratelli non trisomici (controlli).
Un protocollo di AA iniziato in età adulta e protratto per un periodo di 6 settimane ha indotto un marcato miglioramento di tutti i parametri studiati. Infatti, i topi Ts65Dn allevati in condizioni di AA hanno mostrato prestazioni nel Morris water maze, livelli ippocampali di LTP e valori di acuità visiva e di dominanza oculare non statisticamente diversi da quelli riscontrati nei controlli euploidi. In conclusione, l'AA si dimostra molto efficace nel trattamento dei deficit dovuti ad over-inhibition. La natura non invasiva del trattamento lo rende applicabile anche all’uomo, aprendo quindi la possibilità di testare nuove strategie di stimolazione ambientale per il recupero dei deficit associati alla Sindrome di Down.