一款名為“AndromeDA”的近紅外熒光多巴胺納米傳感器

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來自德國的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款名為“AndromeDA”的近紅外熒光多巴胺納米傳感器，可以在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞中以高時空分辨率檢測多巴胺釋放。多巴胺是帕金森病患者大腦中逐漸消失的化學(xué)信使。

德國波鴻魯爾大學(xué)（Ruhr-University Bochum）的新聞報(bào)道稱：“新型傳感器以前所未有的分辨率可視化神經(jīng)細(xì)胞中的多巴胺釋放過程?！庇卸喟桶反嬖跁r，該傳感器使用的碳納米管會發(fā)出更亮的光。

研究人員說，這種新型檢測方法有助于在帕金森病和其它神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療方面取得突破。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上，題為“A fluorescent nanosensor paint detects dopamine release at axonal varicosities with high spatiotemporal resolution”。

多巴胺是一種神經(jīng)遞質(zhì)，充當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）間交流的化學(xué)信使，除此之外，它還有助于調(diào)節(jié)運(yùn)動。帕金森癥狀是由于患者大腦中多巴胺或產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元死亡，喪失多巴胺合成功能而引起的。

更好地掌握神經(jīng)細(xì)胞釋放多巴胺的機(jī)理是確定引起帕金森等疾病的關(guān)鍵。然而，由于缺乏在時間和空間上具有足夠高的分辨率的檢測方法，對機(jī)理的研究受到了限制。

“到目前為止，還沒有一種方法可以同時以高空間和時間分辨率可視化多巴胺信號?！辈欞敔柎髮W(xué)教授、該研究的主要參與者Sebastian Kruss博士說。

目前，來自波鴻魯爾大學(xué)和德國哥廷根的馬克斯普朗克多學(xué)科科學(xué)研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences）的研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)——由Sebastian Kruss博士領(lǐng)導(dǎo)，開發(fā)了一種近紅外熒光多巴胺納米傳感器，旨在以前所未有的分辨率來可視化神經(jīng)細(xì)胞中多巴胺的釋放過程。

該傳感器由超薄碳納米管制成，該碳納米管粗細(xì)幾乎是人體頭發(fā)的萬分之一。當(dāng)用可見光照射時，碳納米管會在某些分子存在的情況下在近紅外范圍內(nèi)發(fā)光。“人眼對該范圍的光不可見，但它可以穿透到更深層次的組織中，從而提供比可見光更好、更清晰的圖像?！盨ebastian Kruss博士說。

Sebastian Kruss表示：“我們通過將不同短核酸序列與碳納米管結(jié)合這一方法，系統(tǒng)地改變了這一特性，這樣當(dāng)碳納米管與特定分子接觸時，會轉(zhuǎn)換產(chǎn)生熒光?！敝档米⒁獾氖?，核酸在細(xì)胞基因組信息的存儲中起主要作用，其以DNA和RNA的形式出現(xiàn)。這意味著熒光強(qiáng)度應(yīng)該在多巴胺含量更高時提升。“我們立即意識到，這樣的傳感器對神經(jīng)生物學(xué)來說很有意義?！?Sebastian Kruss補(bǔ)充道。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室測試中測試了這款名為“AndromeDA”的熒光多巴胺納米傳感器。為此，來自Max Planck的Sofia Elizarova博士和James Daniel博士還開發(fā)了一種細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)——在該系統(tǒng)中，來自小鼠的多巴胺神經(jīng)元覆蓋一層極薄的納米傳感器，以檢測多巴胺的釋放過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AndromeDA以高空間和時間分辨率成功地檢測到軸突靜脈曲張中釋放的多巴胺。這些沿著神經(jīng)纖維的小珠狀結(jié)構(gòu)是相鄰神經(jīng)細(xì)胞之間信息交流的關(guān)鍵。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)（MI）的工具，以分析多達(dá)100個多巴胺靜脈曲張的多巴胺釋放過程。該分析揭示了其異質(zhì)性，只有一小部分靜脈曲張（約17%）主動釋放多巴胺。此外，多巴胺的釋放需要Munc13型蛋白的存在。該研究團(tuán)隊(duì)表示：“這驗(yàn)證了AndromeDA作為研究多巴胺分泌的分子和細(xì)胞機(jī)制的工具效用?！?br />
總的來說，這款熒光納米傳感器“為多巴胺信號的神經(jīng)可塑性和調(diào)節(jié)提供了新的見解?！盨ofia Elizarova說，“從長遠(yuǎn)來看，它們將促進(jìn)帕金森等疾病的治療取得進(jìn)展?！?br />
論文鏈接：
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2202842119

審核編輯 ：李倩