发光碳纳米管有助于测量大脑中的多巴胺
多巴胺存在时荧光会发生变化
神经递质多巴胺控制着大脑的奖励中心。如果这种信号传递不再起作用，就可能导致帕金森病等疾病。此外，化学信号会被可卡因等药物改变，并在药物滥用障碍中发挥作用。“然而，到目前为止，还没有一种方法可以同时以高空间和时间分辨率可视化多巴胺信号，”RUB功能接口和生物系统组负责人、鲁尔探索卓越溶剂化集群(鲁尔探索卓越溶剂化集群)成员Sebastian Kruss解释说。决心)和国际神经科学研究生院(IGSN)。
这就是新型传感器发挥作用的地方。他们是基于超薄碳管，大约比人类头发细10000倍。当被可见光照射时，它们会在近红外范围内发光，波长为1000纳米或更大。Kruss说:“这个范围的光是人眼看不到的，但它可以穿透更深的组织，从而提供比可见光更好、更清晰的图像。”此外，在这个范围内，很少有背景信号会扭曲结果。
Sebastian Kruss解释说:“我们通过将各种短核酸序列与碳纳米管结合的方式系统地修改了这一特性，当它们与定义的分子接触时，它们会改变荧光。”这就是他的研究小组如何成功地将碳纳米管变成微小的纳米传感器，这种传感器专门与多巴胺结合，并根据多巴胺浓度或多或少地发出强烈的荧光。Kruss说:“我们立刻意识到这种传感器对神经生物学来说很有趣。”
在健康的神经细胞上涂上传感器层
为了做到这一点，传感器必须移动到功能正常的神经元网络附近。来自马克斯普朗克多学科科学研究所(Göttingen)的Sofia Elizarova博士和James Daniel为此开发了细胞培养条件，在这种条件下，神经细胞保持健康，并可以涂上一层极薄的传感器。这使得研究人员第一次沿着神经元结构可视化单个多巴胺释放事件，并深入了解多巴胺释放的机制。
Kruss, Elizarova和Daniel相信这种新型传感器具有巨大的潜力:“它们为多巴胺信号的可塑性和调节提供了新的见解，”Sofia Eizarova说。“从长远来看，它们还可以促进帕金森病等疾病的治疗进展。”此外，目前正在开发进一步的传感器，可以使其他信号分子可见，例如识别病原体。
参考: Elizarova S, Chouaib AA, Shaib A，等。荧光纳米传感器涂料检测多巴胺释放在轴突静脉曲张与高时空分辨率。美国国家科学院院刊．2022; 119 (22): e2202842119。doi:10.1073 / pnas.2202842119
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