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La valutazione della neurotossicità è fondamentale per valutare i potenziali effetti avversi dei composti ambientali e farmaceutici sul sistema nervoso in via di sviluppo1. I test di neurotossicità tradizionali si basano su modelli di mammiferi, come i roditori, che sono costosi, richiedono tempo e sono soggetti a vincoli etici2. Di conseguenza, sono necessari modelli alternativi che consentano uno screening rapido e ad alto rendimento dei neurotossici3. Gli studi evidenziano che il moscerino della frutta è emerso come un potente organismo modello per lo studio della neurotossicità grazie alla sua genetica ben caratterizzata, ai percorsi di sviluppo neurologico conservati e a un breve ciclo di vita 4,5. Tra gli endpoint comportamentali, la disfunzione motoria funge da biomarcatore sensibile e quantificabile della compromissione dello sviluppo neurologico, consentendo la diagnosi precoce degli effetti neurotossici che possono essere correlati ai disturbi neurologici umani6.
I dosaggi locomotori nei moscerini forniscono una misura quantificabile della neurotossicità e consentono valutazioni dose-risposta, rendendoli rilevanti per la riduzione del rischio di neurotossicità nell'uomo7. Il saggio di geotassi negativa (arrampicata) è un approccio ampiamente utilizzato in cui le mosche salgono istintivamente dopo essere state picchiettate sul fondo di una fiala, che riflette il loro livello di sviluppo motorio, coordinazione ed equilibrio 8,9. Sebbene questo metodo sia semplice, economico e utile per valutare gravi anomalie locomotorie e disturbi evidenti, fornisce solo una valutazione unidimensionale del movimento e può mancare di sensibilità nel rilevare sottili menomazioni motorie, alterazioni raffinate e monitoraggio comportamentale a lungo termine dei sintomi indotti da neurotossici8. Per affrontare queste limitazioni, sonostate sviluppate tecnologie di tracciamento del movimento più avanzate, come il sistema Etoscopio. Questo sistema di registrazione automatizzato è un dispositivo di tracciamento video ad alta produttività progettato specificamente per analizzare il comportamento delle mosche con elevata precisione e riproducibilità11. A differenza dei test locomotori convenzionali, questo sistema fornisce un monitoraggio continuo e in tempo reale del movimento, catturando sottili anomalie comportamentali che i test di arrampicata tradizionali possono trascurare 11,12,13. La tecnologia è dotata di tracciamento video automatizzato utilizzando un sistema di telecamere illuminate a infrarossi che registra continuamente i movimenti delle mosche ad alta risoluzione, eliminando la distorsione dell'osservatore e migliorando la riproducibilità sperimentale13. Inoltre, rileva i micromovimenti, differenziando la camminata, il riposo e i movimenti fini come la toelettatura, l'alimentazione o le contrazioni, fornendo un'analisi più dettagliata del comportamento motorio13. È possibile un monitoraggio comportamentale a lungo termine, che consente un monitoraggio continuo per periodi prolungati, rendendolo ideale per valutare gli effetti neurotossici progressivi10. La scalabilità e l'elevata capacità di trasmissione del sistema di registrazione video consentono il monitoraggio parallelo di più mosche, facilitando lo screening simultaneo di più composti neurotossici e condizioni genetiche10. Inoltre, il sistema integra software open source, consentendo ai ricercatori di personalizzare le pipeline di analisi in base alle esigenze sperimentali, inclusi i cicli sonno-veglia, i ritmi circadiani e le metriche locomotorie dettagliate10,14. Recenti progressi, come l'integrazione dell'etoscopia, un framework basato su Python, hanno migliorato l'analisi dei dati, migliorando l'accessibilità e la riproducibilità negli studi comportamentali14. Questo quadro consente ai ricercatori di eseguire analisi di locomozione più complesse, riducendo al contempo le barriere per gli utenti non esperti. L'etoscopio-laboratorio, un ambiente basato su Jupyter, facilita ulteriormente l'elaborazione dei dati senza soluzione di continuità, promuovendo la ricerca collaborativa e garantendo la riproducibilità sperimentale14.
Sfruttando la piattaforma di tracciamento video ad alto rendimento insieme ai tradizionali saggi di arrampicata, questo studio fornisce una valutazione completa e sensibile della disfunzione motoria a seguito dell'esposizione a neurotossici per lo sviluppo. La capacità di analizzare i difetti locomotori su larga scala lo rende un potente strumento per lo screening di composti che interrompono lo sviluppo neurale e la coordinazione motoria. L'uso dei moscerini della frutta per lo screening della neurotossicità offre diversi vantaggi, tra cui l'economicità e l'elevata capacità di produzione, rispetto ai modelli di vertebrati, dove gli screening su larga scala sono spesso limitati a causa di vincoli di costo15. Il modello di mosca consente rapide manipolazioni genetiche per imitare gli stati patologici e identificare i percorsi molecolari influenzati dalle neurotossine16. Sebbene siano più semplici del sistema nervoso dei mammiferi, i moscerini conservano percorsi chiave coinvolti nello sviluppo neurale e nel controllo motorio17. I metodi di tracciamento ad alta risoluzione, come il sistema di videoregistrazione in tempo reale, migliorano l'accuratezza e la riproducibilità dei dati, consentendo il rilevamento precoce dei deficit motori causati dall'esposizione a sostanze tossiche11.
L'integrazione della tecnologia di tracciamento e dei tradizionali saggi di arrampicata ha consentito un monitoraggio comportamentale continuo e ad alta risoluzione, fornendo un metodo robusto e scalabile per rilevare lievi disturbi locomotori indotti dall'esposizione a sostanze neurotossiche. La combinazione di strumenti genetici, un ciclo di vita breve e un'analisi comportamentale avanzata posiziona il moscerino della frutta come una potente alternativa ai modelli di vertebrati per lo screening della neurotossicità, contribuendo in ultima analisi a uno sviluppo di farmaci più sicuro e a una migliore valutazione del rischio ambientale.