Nanosensoren zijn ongelooflijke hulpmiddelen voor het verzamelen van informatie voor talloze toepassingen, inclusief moleculaire doelen zoals de hersenen. Neurotransmittermoleculen regelen de hersenfunctie door middel van chemie die diep in de hersenen wordt gevonden, dus Universiteit van Californië, Onderzoekers van Berkeley ontwikkelen nanosensoren om beter te begrijpen hoe dit allemaal verloopt.

Tijdens het AVS 64th International Symposium &Exhibition, wordt gehouden van 29 oktober-november. 3, 2017, in Tampa, Florida, Markita del Carpio Landry, een professor in de chemische en biomoleculaire engineering, en Abraham Beyene, een promovendus in het Landry lab, zullen hun ontwerp en gebruik van nabij-infrarood optische nanosensoren beschrijven om de neurotransmitter dopamine in de hersenen in beeld te brengen.

"Het ontwikkelen van sensoren voor hersenchemie is een opwindend onderzoeksgebied dat de manier waarop we ziekten diagnosticeren op basis van onevenwichtigheden in de hersenchemie zou kunnen veranderen, zoals depressie en angst, ' zei Landry.

Deze nanosensoren worden gemaakt door koolstofnanobuisjes en biomimetische synthetische polymeren te combineren met behulp van geluidsgolven om de herkenning van een geselecteerd doelwit met kleine moleculen te bevorderen. De gevormde sensoren produceren een fluorescerend signaal in de aanwezigheid van hun gespecificeerde neurotransmitterdoelwit. Landry en haar team zijn dan in staat om de neurotransmitterniveaus direct te kwantificeren met behulp van de fluorescentie-intensiteit als functie van de tijd.

"Deze complexen vormen nanosensoren die alleen fluoresceren in de aanwezigheid van dopamine, een belangrijke neurotransmitter die betrokken is bij psychiatrische stoornissen en neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Parkinson en Alzheimer, " Zei Landry. "Vervolgens bouwen we microscopen om de fluorescerende respons van de nanosensor te detecteren, zodat we de nanosensoren in levend hersenweefsel kunnen afbeelden."

De onderzoekers gebruiken hun sensoren al om te onderzoeken hoe de hersenchemie reageert op antidepressiva. "We zien enkele interessante resultaten van hoe het antidepressivum Merital de manier beïnvloedt waarop de hersenen omgaan met op dopamine gebaseerde neurotransmissie, " zei Landry. "Deze belangrijke inzichten kunnen ons helpen te begrijpen hoe antipsychotica en antidepressiva werken, en hun bijwerkingen ook."

Een eenvoudige methode om hersenchemie te beoordelen is zeer wenselijk voor zowel onderzoek als klinische toepassingen. Terwijl ziekten zoals kanker of diabetes vaak worden gediagnosticeerd via methoden zoals bloedtesten die kwantitatieve metingen van onevenwichtigheden in de bloed- of weefselchemie opleveren, het is onpraktisch om een ​​"hersenmonster" te nemen om de hersenchemie te beoordelen.

"Het onderzoek van mijn laboratorium richt zich op de zeer uitdagende taak om hersenchemie in beeld te brengen met nanosensoren die kunnen rapporteren over neurotransmitterconcentraties vanuit de hersenen en hun signalen kunnen doorgeven via hersenweefsel en de schedel, ' zei Landry.

Landry en haar collega's bouwen nu een nieuwe microscoop, een "dubbele infrarood excitatie-emissie" vorm van fluorescentiemicroscopie voor beeldvorming van neurotransmitters in de diepe hersenen, om hen in staat te stellen de neurotransmissie van dopamine in de hersenen van wakkere en actieve dieren in beeld te brengen.

"Dit geeft ons de mogelijkheid om te bepalen hoe antidepressiva de hersenchemie beïnvloeden en om hun effectiviteit in een levend diermodel te valideren, ' zei Landry.