Een nieuwe optische nanosensor die nauwkeurigere metingen en tijdruimtelijke mapping van de hersenen mogelijk maakt, toont ook de weg vooruit voor het ontwerp van toekomstige multimodale sensoren en een breder scala aan toepassingen, zeggen onderzoekers in een artikel gepubliceerd in het huidige nummer van Neurofotonica . Het tijdschrift wordt uitgegeven door SPIE, de internationale vereniging voor optica en fotonica.

Neuronale activiteit resulteert in de afgifte van geïoniseerd kalium in de extracellulaire ruimte. Onder actieve fysiologische en pathologische omstandigheden, verhoogde kaliumspiegels moeten snel worden gereguleerd om latere activiteit mogelijk te maken. Dit omvat diffusie van kalium door de extracellulaire ruimte en heropname door neuronen en astrocyten.

Het meten van kaliumspiegels die vrijkomen tijdens neurale activiteit heeft betrekking op kaliumgevoelige micro-elektroden, en heeft tot op heden alleen meting op één punt en ongedefinieerde ruimtelijke resolutie in de extracellulaire ruimte opgeleverd.

Met een op fluorescentiebeeldvorming gebaseerd geïoniseerd-kaliumgevoelig nanosensorontwerp, een onderzoeksteam van de Universiteit van Lausanne was in staat om uitdagingen zoals gevoeligheid voor kleine bewegingen of drift en diffusie van kleurstoffen binnen de bestudeerde regio te overwinnen, het verbeteren van de nauwkeurigheid en het mogelijk maken van toegang tot voorheen ontoegankelijke delen van de hersenen.

Het werk van Joel Wellbourne-Wood, Theresia Rimmele, en Jean-Yves Chatton wordt gerapporteerd in "Beeldvorming van extracellulaire kaliumdynamiek in hersenweefsel met behulp van een kaliumgevoelige nanosensor." Het artikel is gratis te downloaden.

"Dit is een technologische doorbraak die belooft nieuw licht te werpen - zowel letterlijk als figuurlijk - op het begrijpen van hersenhomeostase, " zei Neurofotonica associate editor George Augustine, van Duke University. "Het is niet alleen veel minder invasief dan eerdere methoden, maar het voegt een cruciale ruimtelijke dimensie toe aan studies naar de rol van kaliumionen in de hersenfunctie."

Deze kaliumgevoelige nanosensor zal waarschijnlijk helpen bij toekomstig onderzoek naar chemische mechanismen en hun interacties in de hersenen, merken de auteurs op. De spatiotemporele beeldvorming die door verzamelde gegevens wordt gecreëerd, zal ook onderzoek mogelijk maken naar het mogelijke bestaan ​​van kaliummicrodomeinen rond geactiveerde neuronen en de ruimtelijke omvang van deze domeinen. De studie bevestigt de bruikbaarheid van de nanosensor voor beeldvorming in de extracellulaire ruimte, en benadrukt ook het scala aan mogelijke uitbreidingen en toepassingen van de nanosensorstrategie.