Varje rörelse i människokroppen – från att lyfta våra armar till våra bankande hjärtan – regleras på något sätt av signaler från våra hjärnor. Tills nyligen, forskare spårade och förstod ofta att hjärna-kroppskommunikation först i efterhand, ungefär som att lyssna på ett röstmeddelande i motsats till att ha ett samtal.

Men forskare vid Northeastern har utvecklat en ny typ av nanosensor som gör det möjligt för forskare att avbilda kommunikationen mellan hjärnan och kroppen i realtid. De kan nu lyssna på samtalet.

Heather Clark, professor i bioteknik och kemi vid Northeastern, och James Monaghan, docent i biologi, tillsammans med kollegor på Northeastern och forskare från University of California, San Francisco, utvecklat en DNA-baserad nanosensor som detekterar en specifik neurotransmittor, acetylkolin, eftersom det frigörs och plockas upp av målceller i levande djur. De publicerade sina resultat i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences den här månaden.

"Det är kritiskt, när det gäller att förstå förhållandet mellan hjärnan och kroppen, att förstå när nerverna kommunicerar – när de avfyrar signaler för att tala om för hjärtfrekvensen att öka eller sakta ner, till exempel, " säger Monaghan.

Att förstå denna kommunikation är särskilt viktigt när det uppstår ett haveri. Sjukdomar som Parkinsons sjukdom är resultatet av degeneration av nervceller och avbrott i kommunikationen mellan hjärnan och kroppen.

Ett växande medicinområde känt som bioelektronisk medicin försöker använda mycket specifik nervstimulering för att behandla neurologiska sjukdomar. För att exakt rikta in nerverna, forskare behöver veta hur de reagerar i realtid och i levande organismer – Clark och Monaghans nanosensor representerar ett steg i den riktningen.

"Om du ska använda nervstimulering som medicin, du behöver en avläsning av hur mycket stimulans du gav, " säger Monaghan. "Dr. Clarks kemi och innovation inom detta område av sensorutveckling skulle ge den avläsningen för signalsubstansen acetylkolin."

Nanosensorn består av en fluorescerande komponent som lyser i närvaro av acetylkolin och kan ses i levande möss, i realtid. Det är ungefär som att se någons mobiltelefon lysa upp för ett telefonsamtal, men på molekylär nivå.

Befintliga verktyg som mikroelektroder och mikrodialys gör det möjligt för forskare att upptäcka acetylkolin i det centrala nervsystemet men kommer till korta när det gäller det perifera nervsystemet, som är allt utanför hjärnan och ryggmärgen.

Clark, Monaghan, och deras kollegor använde kraftfulla mikroskop i Northeastern, att se de fluorescerande markörerna lysa upp när signalsubstansen aktiverades i deras experiment.

Utvecklingen av denna nanosensor är bara början, fastän, och forskarna hoppas kunna skapa ännu hårdare sensorer i framtiden.

Clark och Monaghan förväntar sig också att de sofistikerade bildverktygen som de använde för att utveckla denna nanosensor kommer att användas av andra forskare på Northeastern och bortom. De leder Institutet för kemisk avbildning av levande system, en ny organisation vid universitetet där forskare kan dra nytta av fem toppmoderna mikroskop som finns i Interdisciplinary Science and Engineering Complex.

"Detta är en uppsättning verktyg som forskare kan använda för att svara på grundläggande frågor om biokemisk signalering i kroppen, " säger Clark. "Som vetenskapsman, Jag älskar att utveckla nya verktyg och främja den typ av tvärvetenskaplig forskning som kan ha en verklig inverkan i världen."