In campo vegetale la descrizione dell’attività elettrica e del modello di propagazione tra singole cellule non è affatto chiara, e fino ad oggi è stata notevolmente limitata dagli strumenti tradizionalmente impiegati per tali studi, la cui comune caratteristica è l’impossibilità di eseguire il monitoraggio di più cellule contemporaneamente. Tale limite può essere superato impiegando un sistema di registrazione dei campi elettrici extracellulari (Local Field Potentials, LFPs) basato su matrici di microelettrodi (Multi Electrode Arrays, MEAs) che consentono un’alta risoluzione spazio-temporale, sistema fino ad oggi applicato solo in campo medico su tessuti nervosi e muscolari. Nel presente lavoro è riportata la descrizione del primo impiego di tale metodologia in sezioni di apici radicali di mais (Zea mays spp). I LFPs (o spikes) sono stati registrati simultaneamente con 60 elettrodi (diametro di 10 o 30 μm, spazio interelettrodo di 200 o 500 μm) disposti su matrici la cui area varia da 1.96 mm2 a 11.5 mm2, con la possibilità, quindi, di creare mappe funzionali dell’attività elettrica di distinte regioni della radice (frequenza di acquisizione dei dati di 10 KHz). Sono stati determinati i seguenti parametri: rate dell’attività elettrica, forma, ampiezza e durata di ogni singolo spike generato e attività sincronizzata di gruppi di cellule; è stata inoltre analizzata la risposta elettrica dopo trattamento con un neurotrasmettitore, il glutammato. Tutte le osservazioni sono state condotte sia nella zona di transizione (TZ, 1-1.5 mm dall’apice radicale) che nella zona matura (MZ, >2.5 mm dall’apice radicale), la cui attività è stata conseguentemente comparata. Gli spikes, la cui forma ricorda quella degli spikes generati in cellule animali, hanno ampiezza variabile da 30 a 400 μV (tale valore è fortemente influenzato dalla distanza tra gli elettrodi e il sito di generazione dello spike), e durata di circa 36-40 ms. L’analisi dei numerosi episodi di attività sincronizzata ha messo in evidenza un complesso pattern spazio-temporale: i segnali elettrici non si verificano, cioè, contemporaneamente, ma con uno scarto di alcuni ms tra di essi. Ciò fa ipotizzare, quando osserviamo eventi sincronizzati, la presenza di un centro di generazione dello spike da cui l’attività elettrica si propaga di cellula in cellula. Il trattamento con glutammato determina aumento del rate degli spikes e della frequenza di attività sincronizzata, confermando il suo ipotetico ruolo di molecola-segnale. In ciascun esperimento condotto, indipendentemente dalla natura del trattamento, la TZ è risultata la zona della radice elettricamente più attiva e propensa ad attività elettrica sincronizzata. Si conclude che il sistema MEA per la registrazione dell’attività elettrica simultanea di più cellule è uno straordinario strumento per lo studio dell’attività elettrica nelle piante. I risultati hanno permesso la sua caratterizzazione in apice radicale evidenziando un’interessante attività dinamica. In conclusione, si ipotizza la capacità dell’apice radicale di generare networks elettrici funzionali.

Dinamica spazio-temporale dell’attività elettrica in apici radicali: studio con un sistema di matrici di microelettrodi (MEA) / E.Masi; S.Mancuso. - STAMPA. - IX Giornate Scientifiche SOI:(2010), pp. 128-128. (Intervento presentato al convegno IX Giornate Scientifiche SOI tenutosi a Firenze nel 10-12 Marzo 2010).

Dinamica spazio-temporale dell’attività elettrica in apici radicali: studio con un sistema di matrici di microelettrodi (MEA)

MASI, ELISA;MANCUSO, STEFANO
2010

Abstract

In campo vegetale la descrizione dell’attività elettrica e del modello di propagazione tra singole cellule non è affatto chiara, e fino ad oggi è stata notevolmente limitata dagli strumenti tradizionalmente impiegati per tali studi, la cui comune caratteristica è l’impossibilità di eseguire il monitoraggio di più cellule contemporaneamente. Tale limite può essere superato impiegando un sistema di registrazione dei campi elettrici extracellulari (Local Field Potentials, LFPs) basato su matrici di microelettrodi (Multi Electrode Arrays, MEAs) che consentono un’alta risoluzione spazio-temporale, sistema fino ad oggi applicato solo in campo medico su tessuti nervosi e muscolari. Nel presente lavoro è riportata la descrizione del primo impiego di tale metodologia in sezioni di apici radicali di mais (Zea mays spp). I LFPs (o spikes) sono stati registrati simultaneamente con 60 elettrodi (diametro di 10 o 30 μm, spazio interelettrodo di 200 o 500 μm) disposti su matrici la cui area varia da 1.96 mm2 a 11.5 mm2, con la possibilità, quindi, di creare mappe funzionali dell’attività elettrica di distinte regioni della radice (frequenza di acquisizione dei dati di 10 KHz). Sono stati determinati i seguenti parametri: rate dell’attività elettrica, forma, ampiezza e durata di ogni singolo spike generato e attività sincronizzata di gruppi di cellule; è stata inoltre analizzata la risposta elettrica dopo trattamento con un neurotrasmettitore, il glutammato. Tutte le osservazioni sono state condotte sia nella zona di transizione (TZ, 1-1.5 mm dall’apice radicale) che nella zona matura (MZ, >2.5 mm dall’apice radicale), la cui attività è stata conseguentemente comparata. Gli spikes, la cui forma ricorda quella degli spikes generati in cellule animali, hanno ampiezza variabile da 30 a 400 μV (tale valore è fortemente influenzato dalla distanza tra gli elettrodi e il sito di generazione dello spike), e durata di circa 36-40 ms. L’analisi dei numerosi episodi di attività sincronizzata ha messo in evidenza un complesso pattern spazio-temporale: i segnali elettrici non si verificano, cioè, contemporaneamente, ma con uno scarto di alcuni ms tra di essi. Ciò fa ipotizzare, quando osserviamo eventi sincronizzati, la presenza di un centro di generazione dello spike da cui l’attività elettrica si propaga di cellula in cellula. Il trattamento con glutammato determina aumento del rate degli spikes e della frequenza di attività sincronizzata, confermando il suo ipotetico ruolo di molecola-segnale. In ciascun esperimento condotto, indipendentemente dalla natura del trattamento, la TZ è risultata la zona della radice elettricamente più attiva e propensa ad attività elettrica sincronizzata. Si conclude che il sistema MEA per la registrazione dell’attività elettrica simultanea di più cellule è uno straordinario strumento per lo studio dell’attività elettrica nelle piante. I risultati hanno permesso la sua caratterizzazione in apice radicale evidenziando un’interessante attività dinamica. In conclusione, si ipotizza la capacità dell’apice radicale di generare networks elettrici funzionali.
2010
Italus Hortus, IX giornate scientifiche SOI
IX Giornate Scientifiche SOI
Firenze
E.Masi; S.Mancuso
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