INDICE Introduzione 1 Capitolo 1. I neuroni e l’elettrofisiologia 1.1 I neuroni _____________________________________________2 1.1.1 La neurogenesi _____________________________________6 1.1.2 Il trasporto assonico 9 1.1.3 I fattori di crescita __________________________________9 1.1.4 I fattori di orientamento ______________________________10 1.1.5 Morfologia del neurone ______________________________11 1.1.6 L’impulso nervoso 15 1.1.7 Le sinapsi 16 1.2 L’elettrofisiologia 21 1.2.1 Le membrane biologiche 21 1.2.2 Gli ioni calcio 24 1.2.3 Pompa Na+-K+ 24 1.2.4 Pompa del Ca2+ 26 1.2.5 Il potenziale d’azione 26 1.2.6 I canali ionici 31 1.2.7 Modalità di risposta 33 1.2.8 Il codice neuronale e l’apprendimento 34 Capitolo 2. Dalle cellule staminali neurali ai neuroni 2.1 Le cellule staminali 2.2 Cellule staminali neurali 2.3 Materiali e Metodi 40 44 50 Capitolo 3. Test di un nuovo GF: VEGF 3.1 Cos’è il VEGF 3.2 Il VEGF e le cellule neurali 3.3 Il VEGF e le NSC 3.4 I test 3.4.1 MTT 3.4.2 Curva di crescita 3.4.3 Immunostaining 3.4.4 Confronti strutturali 56 61 62 62 62 66 67 73 Capitolo 4. Proprietà elettrofisiologiche di neuroni derivati da NSC________79 Capitolo 5. Interfaccia neuroni-CHIP/MEAs 5.1 I primi esperimenti 5.2 Esperimenti più recenti 5.2.1 Interfacciare neuroni e chip di silicio 5.2.2 Interfacciare neuroni e MEAs 83 86 86 94 Capitolo 6. L’esperimento di apprendimento 6.1 Il materiale biologico e i MEAs 6.2 Hardware, stimoli e registrazioni 6.3 La rete neurale artificiale 6.4 Risultati 6.5 Discussione 105 108 116 120 126 Capitolo 7. Conclusioni e Sviluppi futuri 128 Bibliografia 132