Справянето с недостига на допамин, който характеризира болестта на Паркинсон, е ключова цел на стари и нови лечения, но проследяването на нивата на невротрансмитера, които са резултат от тези интервенции, може да бъде сложно начинание. Учените са разработили обещаващ нов инструмент за тази задача, описана като “флуоресцентна наносензорна боя”, която свети ярко в присъствието на допамин, за да разкрие неговите концентрации и разпространение в мозъка.
Намаляването на производството на допамин, наблюдавано при болестта на Паркинсон, е свързано с появата на двигателни симптоми като тремор и лош баланс и въпреки че няма пълно излекуване на състоянието, леченията могат да забавят този процес и да подобрят качеството на живот на пациента. Това включва лекарството леводопа, което помага на мозъка да произвежда повече допамин, и дълбока мозъчна стимулация, която се използва от десетилетия като начин за подобряване на физическите симптоми.
Точен начин за измерване на допамина ще предостави на лекарите нов мощен начин за наблюдение на ефективността на тези лечения и ще им позволи да усъвършенстват своите подходи за подобряване на резултатите за пациентите. Това е възможно с помощта на електроди за измерване на химическата активност в мозъка, а през 2017 г. екип на MIT създаде нов масив за дългосрочно наблюдение на допамина в мозъчните региони в реално време. Други електродни системи продължават да подобряват точността на тази техника през годините след това.
Изследователски екип, ръководен от учени от германския университет в Рур Бохум, преследва алтернативен подход, като се стреми да предложи нова пространствена и времева разделителна способност за показанията на допамина. Техниката започва с ултра тънки въглеродни нанотръби, около 10 000 пъти по-тънки от човешка коса. Учените направиха някои промени, които оборудваха тези малки епруветки с нови възможности, позволявайки им да се свързват с допамина и да светят повече или по-малко ярко в зависимост от концентрацията му.
„Систематично модифицирахме това свойство чрез свързване на различни последователности на къси нуклеинови киселини към въглеродните нанотръби по такъв начин, че те променят своята флуоресценция, когато влязат в контакт с определени молекули“, обяснява авторът на изследването Себастиан Крус. “Веднага разбрахме, че такива сензори биха били интересни за невробиологията.”
След това учените се опитаха да тестват потенциала на сензорите във функционираща невронна мрежа, за която разработиха условия за клетъчна култура в лабораторията. Покриването на нервните клетки с много фин слой от тяхната “флуоресцентна допаминова наносензорна боя” позволи на изследователите да открият секрецията на невротрансмитера с висока пространствена и времева разделителна способност, която според тях не е била възможна преди. Специално създаден алгоритъм за машинно обучение също така позволи на сензорите да разкрият горещи точки за освобождаване на допамин по протежение на невронните структури за първи път.
„Те дават нова представа за пластичността и регулирането на допаминовите сигнали“, казва авторът на изследването София Ейзарова. “В дългосрочен план те биха могли също да улеснят напредъка в лечението на заболявания като Паркинсон.”
Резултатите от тези ранни изследвания показват, че новите сензори могат да служат като инструмент за изследване на молекулярните и клетъчните машини зад секрецията на допамин. Учените си представят да адаптират технологията и за други цели, вероятно да я настроят, за да осветяват сигнални молекули, които разкриват патогени, например.
Изследването е публикувано в списанието Известия на Националната академия на науките.
Източник: Рурски университет в Бохум
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
