Fluorofori per la diagnosi ed il monitoraggio delle malattie neurologiche: uno studio su depressione e Alzheimer

This thesis aims to examine the application of new technologies based on fluorescent assays that utilize small fluorescent molecules as probes to deepen the understanding of neurochemical dynamics involved in psychiatric and neurodegenerative disorders. After an initial introduction to fluorescence bioimaging, through the analysis of three scientific articles, different strategies used to study specific neurotransmitters and relevant biomolecules in pathological contexts will be explored. The first article describes the development of a fluorescent assay based on resorufin for real-time monitoring of norepinephrine (NE), a fundamental neurotransmitter involved in the physiological and pathological mechanisms of anxiety and depression. This assay has demonstrated high specificity and sensitivity in detecting NE, enabling detailed analysis of fluctuations associated with pathological conditions of this neurotransmitter in animal models of depression. The proposed innovative approach offers a new perspective for understanding the underlying mechanisms of mood disorders and evaluating the effectiveness of pharmacological therapies. The second article focuses on the use of a two-photon fluorescence assay to visualize the activity of acetylcholinesterase (AChE), an enzyme involved in neurotransmitter degradation and associated with neurodegenerative processes and mood disorders. Through this methodology, hyperactivation of AChE has been detected in animal models of depression, highlighting its key role in oxidative stress regulation of enzymatic activity and neurochemical processes related to depressive symptoms. The third article describes the development of fluorescent probes for detecting amyloid-beta (Ab) aggregates in Alzheimer's disease (AD), a neurodegenerative pathology characterized by Ab plaque formation in brain tissue. These fluorescent molecules have proven to be highly selective and effective in detecting Ab plaques in murine models of AD, offering new perspectives for early diagnosis and disease progression monitoring. The use of advanced fluorescent assays represents a promising strategy to explore and understand the neurochemical dynamics involved in psychiatric and neurodegenerative disorders. Integrating these new technologies with traditional approaches could open new avenues for studying and treating these complex neurological pathologies.

Questa tesi si propone di esaminare l'applicazione di nuove tecnologie basate su saggi fluorescenti che sfruttano piccole molecole fluorescenti come sonde di indagine per approfondire la comprensione delle dinamiche neurochimiche coinvolte nei disturbi psichiatrici e neurodegenerativi. Dopo una prima introduzione circa il bioimaging di fluorescenza, attraverso l'analisi di tre articoli scientifici, verranno esplorate diverse strategie utilizzate per studiare specifici neurotrasmettitori e biomolecole rilevanti in contesti patologici. Il primo articolo presenta lo sviluppo di un saggio fluorescente basato sulla resorufina per il monitoraggio in tempo reale della noradrenalina (NE), un neurotrasmettitore fondamentale coinvolto nei meccanismi fisiologici e patologici dell'ansia e della depressione. Questo saggio ha dimostrato elevata specificità e sensibilità nella rilevazione della NE, consentendo un'analisi dettagliata delle fluttuazioni associate a condizioni patologiche di questo neurotrasmettitore in modelli animali di depressione. L'approccio innovativo proposto offre una nuova prospettiva per comprendere i meccanismi sottostanti ai disturbi dell'umore e per valutare l'efficacia delle terapie farmacologiche. Il secondo articolo si concentra sull'impiego di un saggio di fluorescenza a due fotoni per visualizzare l'attività dell'acetilcolinesterasi (AChE), un enzima coinvolto nella degradazione dei neurotrasmettitori e associato ai processi neurodegenerativi e ai disturbi dell'umore. Attraverso l'utilizzo di questa metodologia, è stato possibile rilevare un iperattivazione dell'AChE nei modelli animali di depressione, sottolineando il suo ruolo chiave dello stress ossidativo nella regolazione dell'attività enzimatica e nei processi neurochimici correlati ai sintomi depressivi. Il terzo articolo descrive lo sviluppo di sonde fluorescenti per la rilevazione degli aggregati di amiloide-beta (Ab) nella malattia di Alzheimer (AD), una patologia neurodegenerativa caratterizzata dalla formazione di placche di Ab nel tessuto cerebrale. Queste molecole fluorescenti hanno dimostrato di essere altamente selettive ed efficaci nel rilevare le placche di Ab in modelli murini di AD, offrendo nuove prospettive per la diagnosi precoce e il monitoraggio della progressione della malattia. L’'utilizzo di saggi fluorescenti avanzati rappresenta una promettente strategia per esplorare e comprendere le dinamiche neurochimiche coinvolte nei disturbi psichiatrici e neurodegenerativi. L'integrazione di queste nuove tecnologie con approcci tradizionali potrebbe aprire nuove strade per lo studio e il trattamento di queste complesse patologie neurologiche.