Nuevos sensores permiten medir con precisión la dopamina
Los nanotubos de carbono brillan más en presencia de neurotransmisores. Esto facilita la medición fácil y precisa de las señales entre las células nerviosas
La dopamina es una importante molécula de señalización para las células nerviosas. Hasta ahora, su concentración no podía determinarse con precisión con una alta resolución espacial o temporal. Un nuevo método lo ha hecho posible: Un equipo de investigadores de Bochum, Gotinga y Duisburgo ha utilizado Nanotubos de carbono modificados que brillan más en presencia de la sustancia mensajera dopamina. Estos sensores visualizan la liberación de dopamina de las células nerviosas con una resolución sin precedentes. Los investigadores, dirigidos por el profesor Sebastian Kruss, del Departamento de Química Física de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), y el doctor James Daniel, así como el profesor Nils Brose, del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinares de Gotinga, informan de ello en la revista PNAS del 25 de mayo de 2022.
Sebastian Kruss (derecha) y Björn Hill forman parte del equipo que pudo medir directamente el neurotransmisor dopamina.
© RUB, Kramer
Cambios de fluorescencia en presencia de dopamina
El neurotransmisor dopamina controla, entre otras cosas, el centro de recompensa del cerebro. Si esta transmisión de señales deja de funcionar, puede provocar trastornos como la enfermedad de Parkinson. Además, las señales químicas se ven alteradas por drogas como la cocaína y desempeñan un papel en los trastornos por abuso de sustancias. "Sin embargo, hasta ahora no existía ningún método que pudiera visualizar simultáneamente las señales de dopamina con alta resolución espacial y temporal", explica Sebastian Kruss, jefe del Grupo de Interfaces Funcionales y Biosistemas de la RUB y miembro del Cluster de Excelencia Ruhr Explora Solvation (RESOLV) y de la Escuela Internacional de Posgrado en Neurociencia (IGSN).
Aquí es donde entran en juego los novedosos sensores. Se basan en tubos de carbono ultrafinos, unas 10.000 veces más finos que un cabello humano. Al ser irradiados con luz visible, brillan en el rango del infrarrojo cercano con longitudes de onda de 1.000 nanómetros y más. "Este rango de luz no es visible para el ojo humano, pero puede penetrar más profundamente en el tejido y, por tanto, proporcionar imágenes mejores y más nítidas que la luz visible", afirma Kruss. Además, en este rango hay muchas menos señales de fondo que pueden distorsionar el resultado.
"Hemos modificado sistemáticamente esta propiedad uniendo varias secuencias cortas de ácido nucleico a los nanotubos de carbono de forma que cambien su fluorescencia al entrar en contacto con moléculas definidas", explica Sebastian Kruss. Así es como su grupo de investigación ha conseguido convertir los nanotubos de carbono en minúsculos nanosensores que se unen específicamente a la dopamina y emiten una fluorescencia más o menos intensa en función de la concentración de ésta. "Enseguida nos dimos cuenta de que esos sensores serían interesantes para la neurobiología", dice Kruss.
Recubrir las células nerviosas sanas con una capa de sensores
Para ello, hay que trasladar los sensores a las proximidades de las redes neuronales en funcionamiento. La Dra. Sofia Elizarova y James Daniel, del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinares de Gotinga, desarrollaron condiciones de cultivo celular para ello, en las que las células nerviosas permanecen sanas y pueden recubrirse con una capa extremadamente fina de sensores. Esto permitió a los investigadores visualizar por primera vez eventos individuales de liberación de dopamina a lo largo de las estructuras neuronales y obtener información sobre los mecanismos de liberación de dopamina.
Kruss, Elizarova y Daniel confían en el enorme potencial de los nuevos sensores: "Proporcionan nuevos conocimientos sobre la plasticidad y la regulación de las señales de dopamina", afirma Sofia Eizarova. "A largo plazo, también podrían facilitar el progreso en el tratamiento de enfermedades como el Parkinson". Además, actualmente se están desarrollando otros sensores con los que se pueden hacer visibles otras moléculas de señalización, por ejemplo, para identificar patógenos.
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