Små sensorer udviklet til at studere hemmelighederne bag hjernekemi

Nanosensorer er utrolige værktøjer til informationsindsamling til utallige applikationer, herunder molekylære mål såsom hjernen. Neurotransmittermolekyler styrer hjernens funktion gennem kemi fundet dybt inde i hjernen, så University of California, Berkeley-forskere udvikler nanosensorer for at få en bedre forståelse af præcis, hvordan det hele foregår.

Under AVS 64th International Symposium &Exhibition, afholdes 29. okt.-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida, Markita del Carpio Landry, professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab, og Abraham Beyene, en ph.d.-kandidat i Landry-laboratoriet, vil beskrive deres design og brug af nær-infrarøde optiske nanosensorer til at afbilde neurotransmitteren dopamin i hjernen.

"At udvikle sensorer til hjernekemi er et spændende forskningsområde, der kan transformere, hvordan vi diagnosticerer sygdomme baseret på ubalancer i hjernekemi, såsom depression og angst, " sagde Landry.

Disse nanosensorer er skabt ved at kombinere kulstofnanorør og biomimetiske syntetiske polymerer ved hjælp af lydbølger for at fremme genkendelsen af ​​et udvalgt mål med lille molekyle. De dannede sensorer producerer et fluorescerende signal i nærværelse af deres specificerede neurotransmittermål. Landry og hendes team er derefter i stand til direkte at kvantificere neurotransmitterniveauerne ved hjælp af fluorescensintensiteten som en funktion af tiden.

"Disse komplekser danner nanosensorer, der kun fluorescerer i nærvær af dopamin, en central neurotransmitter involveret i psykiatriske lidelser og neurodegenerative sygdomme som Parkinsons og Alzheimers sygdom, " sagde Landry. "Derefter bygger vi mikroskoper til at detektere nanosensorens fluorescerende respons, så vi kan afbilde nanosensorerne i levende hjernevæv."

Forskerne bruger allerede deres sensorer til at udforske, hvordan hjernekemien reagerer på antidepressiva. "Vi ser nogle interessante resultater af, hvordan det antidepressive lægemiddel Merital påvirker den måde, hjernen håndterer dopamin-baseret neurotransmission på, " sagde Landry. "Disse nøgleindsigter kan hjælpe os til at forstå, hvordan antipsykotika og antidepressiva virker, og deres bivirkninger også."

En enkel metode til at vurdere hjernekemi er yderst ønskværdig til både forskning og kliniske anvendelser. Mens sygdomme som kræft eller diabetes ofte diagnosticeres via metoder som blodprøver, der giver kvantitative målinger af ubalancer i blod- eller vævskemi, det er upraktisk at tage en "hjerneprøve" for at vurdere hjernens kemi.

"Mit laboratoriums forskning fokuserer på den meget udfordrende opgave at afbilde hjernekemi med nanosensorer, der kan rapportere om neurotransmitterkoncentrationer inde fra hjernen og transmittere deres signaler gennem hjernevæv og kranium, " sagde Landry.

Landry og hendes kolleger bygger nu et nyt mikroskop, en "dobbelt infrarød excitations-emission" form for fluorescensmikroskopi til dyb hjerne neurotransmitter billeddannelse, for at give dem mulighed for at afbilde dopamin-neurotransmission i hjernen på vågne og aktive dyr.

"Dette vil give os muligheden for at bestemme, hvordan antidepressiva påvirker hjernens kemi og til at validere deres effektivitet i en levende dyremodel, " sagde Landry.