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La plasticità costituisce uno degli aspetti peculiari del sistema nervoso, con essa si intende la capacità dei circuiti neuronali di modificare le proprie caratteristiche anatomiche e fisiologiche a seconda delle esperienze cui essi vanno incontro. Considerando lo sviluppo post-natale è possibile identificare un arco di tempo in cui i circuiti corticali sono particolarmente sensibili all’attività sensoriale, al punto che essa è in grado di indurre alterazioni strutturali e funzionali permanenti capaci di perdurare per tutta la vita dell’organismo. A tale intervallo temporale è stato dato il nome di periodo critico.
Nonostante un gran numero di studi abbia cercato di individuare i fattori molecolari e cellulari alla base di questo tipo di plasticità, molti dei meccanismi coinvolti restano ancora oscuri. In questo lavoro di tesi è stato analizzato il ruolo svolto dalla matrice extracellulare.
Un buon sistema modello per lo studio dei meccanismi coinvolti nei processi di plasticità corticale è rappresentato da animali sottoposti a deprivazione monoculare (MD): ratti cui viene suturata una palpebra durante il periodo critico, mostrano in età adulta una diminuzione delle risposte visive corticali e un’alterazione strutturale dei circuiti neuronali coinvolti nella visione. Questo si traduce fisiologicamente in una riduzione di acuità visiva, condizione cui viene dato il nome di ambliopia. Lo stesso esperimento condotto in ratti adulti usciti dal periodo critico fornisce risultati profondamente diversi, in questo caso, infatti, non è possibile osservare alcuna alterazione fisiologica o anatomica rilevante. Recentemente è stato dimostrato che la rimozione dei condroitin-solfato proteoglicani (CSPGs) di matrice è in grado di riaprire il periodo critico nel ratto adulto, rendendolo nuovamente sensibile alla deprivazione monoculare. Questo permette, quindi, di ipotizzare il coinvolgimento dei CSPGs nella regolazione della plasticità.
Un punto critico del modello di MD è che la capacità di recupero dell’acuità visiva varia in modo inversamente proporzionale all’età in cui viene riaperto l’occhio deprivato. L’ipotesi di questo lavoro di tesi è che, come nel caso precedente, la rimozione dei CSPGs nell’adulto potrebbe agevolare la plasticità, facilitando il recupero dall’ambliopia. A tal fine sono stati utilizzati ratti deprivati durante il periodo critico e sottoposti in età adulta alla riapertura dell’occhio suturato, in questi animali è stato poi valutato il grado di recupero di acuità visiva a seguito del trattamento con condroitinasi ABC, enzima batterico capace di rimuovere i CSPGs.
L’azione limitante dei CSPGs è principalmente legata alle loro note capacità inibitorie di rimodellamento plastico delle sinapsi. Tuttavia, è interessante notare che nel sistema nervoso centrale i CSPGs completano il loro sviluppo verso la fine del periodo critico, quando si condensano intorno al soma e ai dendriti dei neuroni, formando strutture, dette reti perineuronali (PNNs), che si mantengono stabili nell’organismo adulto. Questo processo ha luogo parallelamente alla maturazione del sistema inibitorio GABAergico, e porta le PNNs a localizzarsi prevalentemente intorno ai neuroni appartenenti a tale sistema. Dal momento che è noto il ruolo dei neuroni inibitori nella determinazione della chiusura del periodo critico, è possibile ipotizzare che alcuni degli effetti della rimozione dei CSPGs siano mediati anche da modificazioni dell’attività di membrana dei neuroni inibitori. Per verificare tale ipotesi abbiamo quindi effettuato registrazioni di potenziali di campo da fettine di corteccia visiva, al fine di valutare l’attività elettrica delle singole colonne neuronali in presenza o in assenza delle PNNs. Dal momento che il trattamento con condroitinasi non era in grado di produrre alcun cambiamento rilevante sull’attività di base di queste popolazioni, abbiamo anche effettuato stimolazioni ad alta frequenza sulle fettine trattate, per valutare un’eventuale alterazione della risposta neuronale a stimoli normalmente in grado di indurre fenomeni plastici.