Ny optisk nanosensor forbedrer nøjagtigheden af ​​hjernekortlægning, åbner vejen for flere applikationer

En ny optisk nanosensor, der muliggør mere præcis måling og spatiotemporal kortlægning af hjernen, viser også vejen frem for design af fremtidige multimodale sensorer og et bredere spektrum af applikationer, siger forskere i en artikel offentliggjort i det aktuelle nummer af Neurofotonik . Tidsskriftet udgives af SPIE, det internationale samfund for optik og fotonik.

Neuronal aktivitet resulterer i frigivelse af ioniseret kalium i ekstracellulært rum. Under aktive fysiologiske og patologiske forhold, forhøjede kaliumniveauer skal hurtigt reguleres for at muliggøre efterfølgende aktivitet. Dette indebærer diffusion af kalium over ekstracellulært rum samt genoptagelse af neuroner og astrocytter.

Måling af kaliumniveauer frigivet under neural aktivitet har involveret kaliumfølsomme mikroelektroder, og har til dato kun leveret enkeltpunktsmåling og udefineret rumlig opløsning i det ekstracellulære rum.

Med et fluorescens-billeddannelsesbaseret ioniseret-kaliumfølsomt nanosensordesign, et forskerhold fra University of Lausanne var i stand til at overvinde udfordringer såsom følsomhed over for små bevægelser eller drift og diffusion af farvestoffer inden for den undersøgte region, forbedre nøjagtigheden og muliggøre adgang til tidligere utilgængelige områder i hjernen.

Værket af Joel Wellbourne-Wood, Theresa Rimmele, og Jean-Yves Chatton er rapporteret i "Imaging ekstracellulær kaliumdynamik i hjernevæv ved hjælp af en kaliumfølsom nanosensor." Artiklen kan frit downloades.

"Dette er et teknologisk gennembrud, der lover at kaste nyt lys - både bogstaveligt og overført - til forståelse af hjernens homøostase, " sagde Neurofotonik associeret redaktør George Augustine, fra Duke University. "Det er ikke kun meget mindre invasivt end tidligere metoder, men det tilføjer en afgørende rumlig dimension til undersøgelser af kaliumioners rolle i hjernens funktion. "

Denne kaliumfølsomme nanosensor vil sandsynligvis hjælpe fremtidige undersøgelser af kemiske mekanismer og deres interaktioner i hjernen, forfatterne bemærker. Den spatiotemporale billeddannelse skabt af indsamlede data vil også give mulighed for undersøgelse af den mulige eksistens af kaliummikrodomæner omkring aktiverede neuroner og det rumlige omfang af disse domæner. Undersøgelsen bekræfter, at nanosensoren er praktisk til billeddannelse i det ekstracellulære rum, og fremhæver også rækkevidden af ​​mulige udvidelser og anvendelser af nanosensorstrategien.