Elke beweging in het menselijk lichaam - van het opheffen van onze armen tot ons kloppende hart - wordt op de een of andere manier gereguleerd door signalen van onze hersenen. Tot voor kort, wetenschappers volgden en begrepen die communicatie tussen hersenen en lichaam vaak pas achteraf, een beetje zoals het luisteren naar een voicemail in plaats van in gesprek te zijn.

Maar onderzoekers van Northeastern hebben een nieuw type nanosensor ontwikkeld waarmee wetenschappers in realtime de communicatie tussen de hersenen en het lichaam in beeld kunnen brengen. Ze kunnen nu meeluisteren met het gesprek.

Heather Clark, hoogleraar bio-engineering en chemie aan Northeastern, en James Monaghan, universitair hoofddocent biologie, samen met collega's van Northeastern en onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Francisco, een op DNA gebaseerde nanosensor ontwikkeld die een specifieke neurotransmitter detecteert, acetylcholine, zoals het wordt vrijgegeven en opgepikt door doelcellen in levende dieren. Ze publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences deze maand.

"Het is cruciaal, in termen van het begrijpen van de relatie tussen de hersenen en het lichaam, om te begrijpen wanneer de zenuwen communiceren - wanneer ze signalen afvuren om de hartslag te laten versnellen of vertragen, bijvoorbeeld, ' zegt Monaghan.

Het begrijpen van deze communicatie is vooral belangrijk wanneer er een storing is. Ziekten zoals de ziekte van Parkinson zijn het gevolg van de degeneratie van zenuwcellen en het wegvallen van de communicatie tussen de hersenen en het lichaam.

Een ontluikend gebied van geneeskunde dat bekend staat als bio-elektronische geneeskunde, probeert zeer specifieke zenuwstimulatie te gebruiken om neurologische ziekten te behandelen. Om precies op de zenuwen te richten, wetenschappers moeten weten hoe ze in realtime en in levende organismen reageren - de nanosensor van Clark en Monaghan is een stap in die richting.

"Als je zenuwstimulatie als medicijn gaat gebruiken, je hebt een uitlezing nodig van hoeveel stimulus je hebt gegeven, " zegt Monaghan. "Dr. Clark's chemie en innovatie op dit gebied van sensorontwikkeling zou die uitlezing bieden voor de neurotransmitter acetylcholine."

De nanosensor bestaat uit een fluorescerende component die gloeit in de aanwezigheid van acetylcholine en te zien is in levende muizen, live. Het is alsof je iemands mobiele telefoon ziet oplichten voor een telefoongesprek, maar op moleculair niveau.

Met bestaande hulpmiddelen zoals micro-elektroden en microdialyse kunnen wetenschappers acetylcholine in het centrale zenuwstelsel detecteren, maar schieten ze tekort als het gaat om het perifere zenuwstelsel, dat is alles buiten de hersenen en het ruggenmerg.

Clark, Monaghan, en hun collega's gebruikten krachtige microscopen in Northeastern, om de fluorescerende markers te zien oplichten terwijl de neurotransmitter in hun experimenten werd geactiveerd.

De ontwikkeling van deze nanosensor is nog maar het begin, Hoewel, en de onderzoekers hopen in de toekomst nog sterkere sensoren te maken.

Clark en Monaghan verwachten ook dat de geavanceerde beeldvormingstools die ze hebben gebruikt om deze nanosensor te ontwikkelen, zullen worden gebruikt door andere wetenschappers in het noordoosten en daarbuiten. Ze leiden het Institute for the Chemical Imaging of Living Systems, een nieuwe organisatie aan de universiteit waarin onderzoekers kunnen profiteren van vijf state-of-the-art microscopen in het Interdisciplinair Science and Engineering Complex.

"Dit is een set hulpmiddelen die onderzoekers kunnen gebruiken om fundamentele vragen over biochemische signalering in het lichaam te beantwoorden, " zegt Clark. "Als wetenschapper, Ik hou van het ontwikkelen van nieuwe tools en het bevorderen van het soort interdisciplinair onderzoek dat een echte impact kan hebben in de wereld."