Флуоресцентная сенсорная краска освещает ключевые маркеры болезни Паркинсона

Решение проблемы нехватки дофамина, характеризующего болезнь Паркинсона, является ключевой целью всех методов его лечения, но мониторинг уровней нейротрансмиттера по-прежнему остаётся сложной задачей. Учёные разработали многообещающий новый механизм, описанный как «флуоресцентная наносенсорная краска», которая ярко светится в присутствии дофамина, чтобы выявить степень его концентрации и распространение в мозге.

Снижение производства дофамина, наблюдаемое при болезни Паркинсона, связано с появлением двигательных симптомов, таких как тремор и отсутствие баланса, хотя до сих пор полного лечения этого состояния нет, терапия может замедлить этот процесс и улучшить качество жизни пациента. Она включает в себя препарат леводопа, который помогает мозгу вырабатывать больше дофамина, и глубокую стимуляцию мозга, которая использовалась в течение последних десятилетий как способ облегчения физических симптомов.

Точный способ измерения дофамина предоставит врачам новый мощный способ мониторинга эффективности этих методов лечения и позволит им усовершенствовать свои подходы для улучшения результатов лечения пациентов.

Исследовательская группа во главе с учеными из Рурского университета Германии в Бохуме создала новый метод, который  начинается с ультратонких углеродных нанотрубок, размером примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. Учёные оснастили эти крошечные трубки новыми возможностями, позволяя им связываться с дофамином и светиться более или менее ярко в зависимости от его концентрации.

«Мы систематически модифицировали это свойство, связывая различные короткие последовательности нуклеиновых кислот с углеродными нанотрубками таким образом, что они изменяют свою флуоресценцию, когда вступают в контакт с определёнными молекулами», — объясняет автор исследования Себастьян Крузс. «Мы сразу поняли, что такие датчики будут интересны для нейробиологии».

Затем учёные попытались проверить потенциал датчиков в функционирующей нейронной сети, для которой они разработали условия клеточной культуры в лаборатории. Покрытие нервных клеток очень тонким слоем «флуоресцентной дофаминовой наносенсорной краски» позволило исследователям обнаружить секрецию нейротрансмиттера с высоким пространственным и временным разрешением, которое, по их словам, ранее было невозможно. Специально разработанный алгоритм машинного обучения также позволил датчикам впервые выявить «горячие» точки высвобождения дофамина вдоль нейронных структур.

«Они дают новое представление о пластичности и регуляции сигналов дофамина», — говорит автор исследования Софья Эйзарова. «В долгосрочной перспективе они также могут способствовать прогрессу в лечении таких заболеваний, как болезнь Паркинсона».

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.