Long-Term Depression (LTD) indotta tramite MEA come strategia neuroprotettiva nei modelli ischemici in vitro.

Abstract

L’ischemia cerebrale è caratterizzata dal rapido collasso dell’omeostasi neuronale, ciò comporta un’attività disfunzionale della rete e l’attivazione del processo di morte apoptotica. La sovra-attivazione patologica della rete può aumentare la richiesta metabolica esasperando il danno ischemico, strategie indirizzate verso la riduzione dell’eccitabilità di rete potrebbero dunque rivelare un effetto neuroprotettivo. In questa tesi, abbiamo valutato l’effetto protettivo della depressione sinaptica a lungo termine (LTD) indotta tramite MEAs (Microelectrode arrays) su un modello ischemico in vitro di neuroni glutamatergici, ottenuti dalla differenziazione di cellule staminali umane pluripotenti indotte. Abbiamo dimostrato che il pattern di stimolazione elettrica riduce la morte apoptotica e sostiene la sopravvivenza neuronale. In più, la LTD indotta tramite MEAs si è rivelata efficace nel controllare il collasso funzionale della rete dopo l’insulto, parzialmente preservandone i parametri elettrofisiologici basali di rilievo. Questi dati indicano che l’inibizione dell’attività di rete, a seguito dell’insulto ischemico, riduce la sensibilità neuronale all’infortunio. Le osservazioni prodotte in questo studio indicano come la LTD indotta tramite MEA possa essere una valida strategia di pre-condizionamento non farmacologico, mostrando quanto la modulazione della rete possa essere un approccio promettente nel preservare la vitalità cellulare all’interno dei modelli umani di ischemia in vitro.

Ischemic injury is characterized by a rapid breakdown of neuronal homeostasis, excessive network dysfunction, and activation of apoptotic cell death pathways. Because heightened neuronal activity can increase metabolic demand and exacerbate ischemic vulnerability, strategies that reduce network excitability may provide neuroprotection. In this thesis, we tested whether long-term depression induced by microelectrode array stimulation can protect human iPSC-derived neuronal cultures from oxygen-glucose deprivation (OGD). We demonstrate that patterned MEA-based electrical stimulation decreases OGD-induced apoptotic cell death and improved neuronal survival. Moreover, MEA-induced LTD mitigated the functional collapse of neuronal networks following OGD, partially preserving key features of spontaneous electrophysiological activity. These data indicate that turning down network activity after ischemic-like stress reduces neuronal susceptibility to injury. Our findings support MEA-induced LTD as a non-pharmacological preconditioning strategy and reveal activity-dependent network modulation as a promising approach to promote resilience in human neuronal models of ischemia.