新型传感器能够精确测量多巴胺

多巴胺是神经细胞的重要信号分子。它的浓度在高空间和时间分辨率下都无法精确测定。现在，一种新的方法使这成为可能:来自波红、Göttingen和杜伊斯堡的一个研究团队使用了经过修饰的碳纳米管，这种碳纳米管在信使物质多巴胺存在时发光更亮。

这些传感器将多巴胺的释放可视化神经细胞以前所未有的决心。来自Ruhr-Universität波红(RUB)物理化学系的Sebastian Kruss教授和来自马克斯普朗克多学科科学研究所的James Daniel博士以及Nils Brose教授在Göttingen上发表了研究报告PNAS从2022年5月25日开始。

多巴胺存在时的荧光变化

的神经递质多巴胺控制着大脑的奖赏中枢，还有其他功能。如果这信号传输它会导致诸如帕金森氏症等疾病。此外,化学信号被可卡因等药物改变，并在药物滥用障碍中发挥作用。“然而，直到现在，还没有一种方法可以同时可视化高空间和多巴胺信号时间分辨率鲁尔大学功能界面和生物系统组负责人、鲁尔探索溶剂化卓越集群(RESOLV)和国际神经科学研究生院(IGSN)的成员Sebastian Kruss解释道。

这就是新型传感器发挥作用的地方。它们是基于超薄的碳管，大约是碳管的1万倍薄人的头发．当受到可见光照射时，它们会在波长为1000纳米甚至更高的近红外范围内发光。“这一范围的光是肉眼看不到的，但它可以穿透更深的组织，从而提供更好、更清晰的图像可见光Kruss说。此外，在这个范围内，会使结果失真的背景信号要少得多。

Sebastian Kruss解释说:“我们通过将各种短核酸序列与碳纳米管结合，系统地改变了这一特性，当它们接触到特定分子时，它们的荧光就会发生改变。”这就是他的研究小组成功地将碳纳米管变成微小的纳米传感器的原因，这种传感器专门与多巴胺结合，并根据多巴胺浓度的不同发出或多或少的荧光。“我们立刻意识到这种传感器对神经生物学来说很有趣，”Kruss说。

在健康的神经细胞上覆盖传感器层

为了做到这一点，传感器必须移动到功能正常的神经网络附近。来自马克斯普朗克多学科科学研究所(Göttingen)的Sofia Elizarova博士和James Daniel为此开发了细胞培养条件，在这种条件下神经细胞保持健康，并可以被涂上一层极薄的传感器。这使得研究人员第一次看到了单个多巴胺释放事件沿着神经元结构，并深入了解了多巴胺释放的机制。

Kruss, Elizarova和Daniel对新的传感器有信心巨大的潜力:“他们为多巴胺信号的可塑性和调节提供了新的见解，”Sofia Eizarova说。“从长远来看，它们还可以促进帕金森症等疾病的治疗进展。”此外，目前正在开发进一步的传感器，以使其他信号分子可见，例如识别病原体。

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