Nanosensorer är otroliga verktyg för informationsinsamling för otaliga applikationer, inklusive molekylära mål som hjärnan. Neurotransmittormolekyler styr hjärnans funktion genom kemi som finns djupt inne i hjärnan, så University of California, Berkeley -forskare utvecklar nanosensorer för att få en bättre förståelse för exakt hur allt detta fungerar.

Under AVS 64:e internationella symposium och utställning, hålls 29 okt-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida, Markita del Carpio Landry, professor i kemisk och biomolekylär teknik, och Abraham Beyene, en doktorand i Landry lab, kommer att beskriva deras design och användning av nära-infraröda optiska nanosensorer för att avbilda signalsubstansen dopamin i hjärnan.

"Att utveckla sensorer för hjärnkemi är ett spännande forskningsområde som kan förändra hur vi diagnostiserar sjukdomar baserade på obalanser i hjärnkemi, såsom depression och ångest, "Sa Landry.

Dessa nanosensorer skapas genom att kombinera kolnanorör och biomimetiska syntetiska polymerer med hjälp av ljudvågor för att främja igenkänningen av ett valt småmolekylmål. De bildade sensorerna producerar en fluorescerande signal i närvaro av deras specificerade signalsubstansmål. Landry och hennes team kan sedan direkt kvantifiera neurotransmittornivåerna med hjälp av fluorescensintensiteten som en funktion av tiden.

"Dessa komplex bildar nanosensorer som endast fluorescerar i närvaro av dopamin, en viktig neurotransmittor som är inblandad i psykiatriska störningar och neurodegenerativa sjukdomar som Parkinsons och Alzheimers sjukdom, Landry sa. "Vi bygger sedan mikroskop för att upptäcka nanosensorns fluorescerande respons så att vi kan avbilda nanosensorerna i levande hjärnvävnad."

Forskarna använder redan sina sensorer för att utforska hur hjärnans kemi reagerar på antidepressiva medel. "Vi ser några intressanta resultat av hur det antidepressiva läkemedlet Merital påverkar hur hjärnan hanterar dopaminbaserad neurotransmission, "Landry sa." Dessa viktiga insikter kan hjälpa oss att förstå hur antipsykotika och antidepressiva medel fungerar, och deras biverkningar också."

En enkel metod för att bedöma hjärnans kemi är mycket önskvärd för både forskning och kliniska tillämpningar. Medan sjukdomar som cancer eller diabetes ofta diagnostiseras via metoder som blodprover som ger kvantitativa mätningar av obalanser i blod- eller vävnadskemi, det är opraktiskt att ta ett "hjärnprov" för att bedöma hjärnans kemi.

"Mitt labbs forskning fokuserar på den mycket utmanande uppgiften att avbilda hjärnans kemi med nanosensorer som kan rapportera om koncentrationer av signalsubstanser från hjärnan och överföra sina signaler genom hjärnvävnad och kraniet, sa Landry.

Landry och hennes kollegor bygger nu ett nytt mikroskop, en "dubbel infraröd excitations-emission" form av fluorescensmikroskopi för djup hjärnavbildning av neurotransmittorer, för att tillåta dem att avbilda dopaminneurotransmission i hjärnan hos vakna och aktiva djur.

"Detta kommer att ge oss förmågan att avgöra hur antidepressiva medel påverkar hjärnans kemi och att validera deras effektivitet i en levande djurmodell, sa Landry.