En ny optisk nanosensor som möjliggör mer exakt mätning och spatiotemporal kartläggning av hjärnan visar också vägen framåt för design av framtida multimodala sensorer och ett bredare utbud av applikationer, säger forskare i en artikel publicerad i det aktuella numret av Neurofotonik . Tidskriften är utgiven av SPIE, det internationella samhället för optik och fotonik.

Neuronal aktivitet resulterar i frisättning av joniserat kalium till extracellulärt utrymme. Under aktiva fysiologiska och patologiska tillstånd, förhöjda nivåer av kalium måste snabbt regleras för att möjliggöra efterföljande aktivitet. Detta involverar diffusion av kalium över extracellulärt utrymme såväl som återupptag av neuroner och astrocyter.

Att mäta nivåer av kalium som frigörs under neural aktivitet har involverat kaliumkänsliga mikroelektroder, och har hittills endast tillhandahållit enpunktsmätning och odefinierad rumslig upplösning i det extracellulära utrymmet.

Med en fluorescensavbildningsbaserad joniserad-kaliumkänslig nanosensordesign, ett forskarlag från University of Lausanne kunde övervinna utmaningar som känslighet för små rörelser eller drift och diffusion av färgämnen inom den studerade regionen, förbättra noggrannheten och möjliggöra tillgång till tidigare otillgängliga områden i hjärnan.

Verket av Joel Wellbourne-Wood, Theresa Rimmele, och Jean-Yves Chatton rapporteras i "Avbilda extracellulär kaliumdynamik i hjärnvävnad med hjälp av en kaliumkänslig nanosensor." Artikeln är gratis tillgänglig för nedladdning.

"Detta är ett tekniskt genombrott som lovar att kasta nytt ljus - både bokstavligt och bildligt - på att förstå hjärnans homeostas, " sa Neurofotonik biträdande redaktör George Augustine, från Duke University. "Det är inte bara mycket mindre invasivt än tidigare metoder, men det lägger till en avgörande rumslig dimension till studier av kaliumjonernas roll i hjärnans funktion."

Denna kaliumkänsliga nanosensor kommer sannolikt att hjälpa framtida undersökningar av kemiska mekanismer och deras interaktioner i hjärnan, noterar författarna. Den spatiotemporala avbildningen som skapas av insamlade data kommer också att möjliggöra undersökning av den möjliga förekomsten av kaliummikrodomäner runt aktiverade neuroner och den rumsliga omfattningen av dessa domäner. Studien bekräftar det praktiska hos nanosensorn för avbildning i det extracellulära utrymmet, och belyser också utbudet av möjliga förlängningar och tillämpningar av nanosensorstrategin.