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Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 572 (2023) Citare questo articolo

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Il topo da laboratorio ha fornito informazioni straordinarie sui fondamenti della fisiologia del sistema nervoso centrale dei mammiferi. Negli ultimi anni è diventato possibile visualizzare in vivo singoli neuroni, cellule glia e cellule vascolari utilizzando preparazioni fissate sulla testa combinate con finestre craniche per studiare le reti locali di attività nel cervello vivente. Tali approcci hanno avuto successo anche senza l’uso dell’anestesia generale, fornendo informazioni sui comportamenti naturali del sistema nervoso centrale. Lo stesso però non è ancora stato sviluppato per l’occhio, che è costantemente in movimento. Qui caratterizziamo una nuova preparazione fissata alla testa che consente l'imaging retinale con ottica adattiva ad alta risoluzione a livello di singola cellula in topi che si comportano da svegli. Riveliamo tre nuovi attributi funzionali dell'occhio normale che sono trascurati dall'anestesia: 1) Movimento oculare ad alta frequenza e bassa ampiezza del topo che è presente solo nello stato di veglia 2) Il flusso sanguigno di una singola cellula nella retina del topo è ridotta sotto anestesia e 3) la retina del topo si ispessisce in risposta all'anestesia con ketamina/xilazina. Qui mostriamo i principali vantaggi della preparazione dal comportamento sveglio che consente lo studio della fisiologia retinica senza anestesia per studiare la normale fisiologia retinica nel topo.

Il topo da laboratorio è un modello indispensabile per la ricerca biomedica grazie alle sue dimensioni, accessibilità, catalogo genetico sequenziato e capacità di modellare aspetti della malattia umana. In particolare, ha consentito lo studio dell'anatomia e della funzione dell'occhio dei mammiferi, che, a parte le dimensioni e la notevole mancanza di fovea, somiglia per molti aspetti all'occhio umano1. Per ottenere l'imaging retinico ad alta risoluzione nel topo, è solitamente necessaria l'anestesia per stabilizzare la preparazione e sopprimere il movimento oculare, il che rende quasi impossibili le valutazioni funzionali a livello cellulare2. Alcuni approcci hanno dimostrato che l'imaging della retina del topo è possibile con il contenimento della mano3,4, tuttavia, l'utilità di questo approccio è per scopi fotografici a istantanea singola e non fornisce un asse ottico stabile che è essenziale per le misure funzionali.

La somministrazione dell'anestesia generale fornisce una preparazione in vivo stabilizzata e mitiga il movimento oculare; tuttavia, può anche alterare la normale funzione fisiologica, limitando in tal modo l'interpretazione delle misurazioni in vivo, in particolare quelle relative alla funzione del sistema nervoso centrale (SNC)5,6. A tal fine, neuroscienziati comportamentali e fisiologici hanno sviluppato preparazioni fissate alla testa per stabilizzare il cervello per l’elettrofisiologia e la microscopia in vivo7, ovviando alla necessità dell’anestesia. In particolare, gli studi hanno riportato varie differenze neurofisiologiche chiave nello stato di veglia rispetto allo stato anestetizzato8,9. Un'altra conseguenza dell'anestesia per la ricerca sulla vista è che rimuove il movimento oculare naturale che fornisce contrasto spaziotemporale al sistema visivo. La soppressione del movimento naturale dell'occhio modifica radicalmente la cinetica spaziotemporale dell'output delle cellule gangliari verso il nucleo genicolato laterale, il collicolo superiore e gli studi sulla corteccia visiva nei topi10. Esistono anche rapporti secondo cui la locomozione nella preparazione alla veglia modifica sostanzialmente la risposta fisiologica della corteccia visiva11, ma i meccanismi non sono completamente compresi. Pertanto, lasciare intatto il movimento oculare potrebbe far avanzare ulteriormente la comprensione del comportamento oculomotore dei topi e, in particolare, di come il movimento biologico degli occhi possa influenzare e guidare la fisiologia visiva di base.

Oltre ai vantaggi di preservare il movimento oculare ed eliminare i fattori confondenti dell'anestesia, l'imaging del topo sveglio può anche aiutare l'imaging della retina in diversi aspetti aggiuntivi. Innanzitutto, l'imaging dell'animale sveglio può prevenire l'opacizzazione ottica dovuta all'anestesia prolungata, che ha rappresentato una sfida enorme per l'imaging oculare nel topo anestetizzato12. In secondo luogo, la termoregolazione non è necessaria quando si esegue l'imaging del topo sveglio, il che ha dimostrato di avere un impatto sulla fisiologia omeostatica13. Infine, il topo sveglio mantiene la normale chiarezza oculare sbattendo le palpebre e rinfrescando costantemente il film lacrimale senza la necessità di lenti a contatto o lubrificazione, che potrebbero confondere le condizioni ottiche naturali o comportamentali14.