一款名为“AndromeDA”的近红外荧光多巴胺纳米传感器

据麦姆斯咨询报道，来自德国的科研团队开发出一款名为“AndromeDA”的近红外荧光多巴胺纳米传感器，可以在实验室培养的神经细胞中以高时空分辨率检测多巴胺释放。多巴胺是帕金森病患者大脑中逐渐消失的化学信使。

德国波鸿鲁尔大学（Ruhr-University Bochum）的新闻报道称：“新型传感器以前所未有的分辨率可视化神经细胞中的多巴胺释放过程。”有多巴胺存在时，该传感器使用的碳纳米管会发出更亮的光。

研究人员说，这种新型检测方法有助于在帕金森病和其它神经系统疾病的治疗方面取得突破。这项研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，题为“A fluorescent nanosensor paint detects dopamine release at axonal varicosities with high spatiotemporal resolution”。

多巴胺是一种神经递质，充当神经细胞（神经元）间交流的化学信使，除此之外，它还有助于调节运动。帕金森症状是由于患者大脑中多巴胺或产生多巴胺的神经元死亡，丧失多巴胺合成功能而引起的。

更好地掌握神经细胞释放多巴胺的机理是确定引起帕金森等疾病的关键。然而，由于缺乏在时间和空间上具有足够高的分辨率的检测方法，对机理的研究受到了限制。

“到目前为止，还没有一种方法可以同时以高空间和时间分辨率可视化多巴胺信号。”波鸿鲁尔大学教授、该研究的主要参与者Sebastian Kruss博士说。

目前，来自波鸿鲁尔大学和德国哥廷根的马克斯普朗克多学科科学研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences）的研究人员组成的研究团队——由Sebastian Kruss博士领导，开发了一种近红外荧光多巴胺纳米传感器，旨在以前所未有的分辨率来可视化神经细胞中多巴胺的释放过程。

该传感器由超薄碳纳米管制成，该碳纳米管粗细几乎是人体头发的万分之一。当用可见光照射时，碳纳米管会在某些分子存在的情况下在近红外范围内发光。“人眼对该范围的光不可见，但它可以穿透到更深层次的组织中，从而提供比可见光更好、更清晰的图像。”Sebastian Kruss博士说。

Sebastian Kruss表示：“我们通过将不同短核酸序列与碳纳米管结合这一方法，系统地改变了这一特性，这样当碳纳米管与特定分子接触时，会转换产生荧光。”值得注意的是，核酸在细胞基因组信息的存储中起主要作用，其以DNA和RNA的形式出现。这意味着荧光强度应该在多巴胺含量更高时提升。“我们立即意识到，这样的传感器对神经生物学来说很有意义。” Sebastian Kruss补充道。

研究人员在实验室测试中测试了这款名为“AndromeDA”的荧光多巴胺纳米传感器。为此，来自Max Planck的Sofia Elizarova博士和James Daniel博士还开发了一种细胞培养系统——在该系统中，来自小鼠的多巴胺神经元覆盖一层极薄的纳米传感器，以检测多巴胺的释放过程。

实验结果表明，AndromeDA以高空间和时间分辨率成功地检测到轴突静脉曲张中释放的多巴胺。这些沿着神经纤维的小珠状结构是相邻神经细胞之间信息交流的关键。

该团队进一步开发了一种基于机器学习（MI）的工具，以分析多达100个多巴胺静脉曲张的多巴胺释放过程。该分析揭示了其异质性，只有一小部分静脉曲张（约17%）主动释放多巴胺。此外，多巴胺的释放需要Munc13型蛋白的存在。该研究团队表示：“这验证了AndromeDA作为研究多巴胺分泌的分子和细胞机制的工具效用。”

总的来说，这款荧光纳米传感器“为多巴胺信号的神经可塑性和调节提供了新的见解。”Sofia Elizarova说，“从长远来看，它们将促进帕金森等疾病的治疗取得进展。”

论文链接：
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2202842119

 

审核编辑 ：李倩