Ny nanosensor lover at diagnosticere, behandling af neurologisk sygdom

Enhver bevægelse i den menneskelige krop – fra at løfte vores arme til vores bankende hjerter – reguleres på en eller anden måde af signaler fra vores hjerner. Indtil for nylig, videnskabsmænd sporede og forstod ofte, at hjerne-krop-kommunikation først efter det, lidt ligesom at lytte til en telefonsvarer i modsætning til at være i gang med et opkald.

Men forskere ved Northeastern har udviklet en ny type nanosensor, der gør det muligt for forskere at afbilde kommunikationen mellem hjernen og kroppen i realtid. De kan nu lytte med i opkaldet.

Heather Clark, professor i bioteknik og kemi ved Northeastern, og James Monaghan, lektor i biologi, sammen med kolleger ved Northeastern og forskere fra University of California, San Francisco, udviklet en DNA-baseret nanosensor, der detekterer en specifik neurotransmitter, acetylcholin, da det frigives og opsamles af målceller i levende dyr. De offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences denne måned.

"Det er kritisk, i forhold til at forstå forholdet mellem hjernen og kroppen, at forstå, hvornår nerverne kommunikerer – når de afgiver signaler for at fortælle pulsen om at øge eller bremse, for eksempel, " siger Monaghan.

Det er især vigtigt at forstå denne kommunikation, når der er et sammenbrud. Sygdomme som Parkinsons sygdom er resultatet af degeneration af nerveceller og nedbrydning af kommunikationen mellem hjernen og kroppen.

Et spirende medicinområde kendt som bioelektronisk medicin søger at bruge meget specifik nervestimulation til at behandle neurologiske sygdomme. For præcist at målrette nerverne, forskere skal vide, hvordan de reagerer i realtid og i levende organismer – Clark og Monaghans nanosensor repræsenterer et skridt i den retning.

"Hvis du vil bruge nervestimulation som medicin, du har brug for en aflæsning af, hvor meget stimulus du har givet, " siger Monaghan. "Dr. Clarks kemi og innovation inden for dette område af sensorudvikling ville give den udlæsning for neurotransmitteren acetylcholin."

Nanosensoren består af en fluorescerende komponent, der lyser i nærvær af acetylcholin og kan ses i levende mus, i realtid. Det er lidt som at se nogens mobiltelefon lyse op til et telefonopkald, men på molekylært niveau.

Eksisterende værktøjer som mikroelektroder og mikrodialyse gør det muligt for forskere at detektere acetylcholin i centralnervesystemet, men kommer til kort, når det kommer til det perifere nervesystem, som er alt udenfor hjernen og rygmarven.

Clark, Monaghan, og deres kolleger brugte kraftige mikroskoper anbragt i Northeastern, at se de fluorescerende markører lyse op, da neurotransmitteren blev aktiveret i deres eksperimenter.

Udviklingen af ​​denne nanosensor er kun begyndelsen, selvom, og forskerne håber at skabe endnu hårdere sensorer i fremtiden.

Clark og Monaghan forventer også, at de sofistikerede billedværktøjer, de brugte til at udvikle denne nanosensor, vil blive brugt af andre videnskabsmænd i Northeastern og videre. De leder instituttet for kemisk billeddannelse af levende systemer, en ny organisation på universitetet, hvor forskere kan drage fordel af fem state-of-the-art mikroskoper placeret i Interdisciplinary Science and Engineering Complex.

"Dette er et sæt værktøjer, som forskere kan bruge til at besvare grundlæggende spørgsmål om biokemisk signalering i kroppen, " siger Clark. "Som videnskabsmand, Jeg elsker at udvikle nye værktøjer og fremme den form for tværfaglig forskning, der kan have en reel indflydelse i verden."