Восполнение дефицита дофамина, характерного для болезни Паркинсона, является основной целью существующих методов лечения, однако контроль концентрации этого нейротрансмиттера в результате такого воздействия может оказаться весьма непростым делом. Для решения этой задачи была разработана новая перспективная технология, получившая название "Fluorescent Nanosensor Paint". Данный инструмент ярко светится в присутствии дофамина, позволяя определить его концентрацию и место локализации в мозге.
Специалистам в области неврологии и раньше доводилось измерять уровень допамина в мозге, однако такая практика имела ряд существенных ограничений. svampy1/Depositphotos
Недостаточное производство дофамина (допамина), характерная для паркинсонизма, сопровождается развитием моторных состояний, такими как замедленность движений, повышение тонуса и дрожание (тремор). И, несмотря на то, что полностью излечиться от этого заболевания пока невозможно, некоторые виды терапии позволяют существенно замедлить его развитие и значительно улучшить качество жизни больного. В частности, речь идет о препарате levodopa и глубокой стимуляции мозга DBS, которые уже многие годы успешно применяются для устранения симптомов этого страшного нейродегенеративного заболевания.
Возможность точного измерения уровня дофамина позволила бы медикам более оперативно отслеживать результативность методов терапии и при необходимости корректировать свои подходы для улучшения показателей здоровья пациентов. Такое стало возможным благодаря применению специальных сенсоров для измерения концентрации дофамина. Так, в марте 2017 года специалисты MIT представили новую матрицу для мониторинга дофамина в различных областях мозга в режиме реального времени.
Немецкие специалисты из университета Бохума, предложили иное решение данной проблемы. В основе данной методики лежат сверхтонкие карбоновые нанотрубки, диаметр которых примерно в 10 000 раз меньше человеческого волоса. Немного изменив эти микроструктуры, исследователи наделили их новыми свойствами. Теперь они могли взаимодействовать с дофамином и светиться более или менее ярко в зависимости от его концентрации.
"Нам удалось существенно улучшить это свойство, связав фрагменты нуклеиновых кислот с нанотрубками таким образом, что они изменяли интенсивность свечения при взаимодействии с соответствующими веществами", - объясняет автор исследования Себастьян Крусс. "Нам сразу стало ясно, что такие устройства будут представлять огромный интерес для изучения нейробиологии".
После этого ученые попытались проверить потенциал сенсоров в условиях действующей нейросети. С помощью тончайшего слоя "флуоресцентной дофаминовой наносенсорной краски", нанесенной на нервные клетки, удалось обнаружить секрецию нейротрансмиттера с высоким пространственным и временным разрешением, что, по утверждению разработчиков, ранее было невозможно. Благодаря алгоритмам искусственного интеллекта сенсорные устройства впервые обнаружили очаги высвобождения дофамина в структурах дофаминергических нейронов.
"Они позволяют по-новому взглянуть на пластичность и регуляцию сигналов дофамина", - рассказывает руководитель эксперимента София Эйзарова. " В долгосрочном плане они также могут содействовать прогрессу в области терапии таких состояний, как болезнь Паркинсона или рассеянный склероз".
По мнению авторов исследования, такие сенсоры могут использоваться в качестве инструмента для исследований механизмов молекулярной и клеточной секреции дофамина. Возможно, технологию можно будет приспособить и для других приложений, например, для идентификации различных болезнетворных молекул.
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Источники: Ruhr University Bochum, Journal Proceedings of the National Academy of Sciences., Википедиа (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202842119)
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Дофамин)
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Болезнь_Паркинсона)
(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202842119)
(https://news.rub.de/english/press-releases/2022-05-27-physical-chemistry-novel-sensors-enable-precise-measurement-dopamine)
