Los investigadores del MIT han ideado una forma de medir la dopamina en el cerebro con mucha más precisión que antes, lo que debería permitir a los científicos obtener información sobre los roles de la dopamina en el aprendizaje, la memoria y la emoción.
La dopamina es uno de los muchos neurotransmisores que las neuronas del cerebro usan para comunicarse entre sí. Los sistemas anteriores para medir estos neurotransmisores se han limitado en cuanto al tiempo que proporcionan lecturas precisas y la cantidad de cerebro que pueden cubrir. El nuevo MITdispositivo, una serie de pequeños electrodos de carbono, supera ambos obstáculos.
"Nadie realmente ha medido el comportamiento de los neurotransmisores a esta escala espacial y escala de tiempo. Tener una herramienta como esta nos permitirá explorar potencialmente cualquier enfermedad relacionada con los neurotransmisores", dice Michael Cima, profesor de ingeniería David H. Koch en el Departamento deCiencia e Ingeniería de Materiales, miembro del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integral del Cáncer, y el autor principal del estudio.
Además, debido a que la matriz es tan pequeña, tiene el potencial de adaptarse eventualmente para su uso en humanos, para controlar si las terapias destinadas a aumentar los niveles de dopamina tienen éxito. Muchos trastornos cerebrales humanos, especialmente la enfermedad de Parkinson, están vinculados a la desregulaciónde dopamina
"En este momento, la estimulación cerebral profunda se está utilizando para tratar la enfermedad de Parkinson, y suponemos que esa estimulación está reabasteciendo de alguna manera el cerebro con dopamina, pero nadie realmente lo midió", dice Helen Schwerdt, una postdoctorado del Instituto Koch y autora principaldel artículo, que aparece en la revista Laboratorio en un chip .
Estudiando el cuerpo estriado
Para este proyecto, el laboratorio de Cima se asoció con el profesor del instituto David H. Koch Robert Langer, que tiene una larga historia de investigación sobre el suministro de medicamentos, y la profesora del instituto Ann Graybiel, que ha estado estudiando el papel de la dopamina en el cerebro durante décadas con un particularcentrarse en una región del cerebro llamada el cuerpo estriado.Las células productoras de dopamina dentro del cuerpo estriado son críticas para la formación de hábitos y el aprendizaje reforzado con recompensas.
Hasta ahora, los neurocientíficos han usado electrodos de carbono con un diámetro de eje de aproximadamente 100 micras para medir la dopamina en el cerebro. Sin embargo, estos solo se pueden usar de manera confiable durante aproximadamente un día porque producen tejido cicatricial que interfiere con la capacidad de los electrodos parainteractúa con la dopamina, y con el tiempo también se pueden formar otros tipos de películas interferentes en la superficie del electrodo. Además, solo hay un 50 por ciento de posibilidades de que un solo electrodo termine en un lugar donde hay dopamina medible, dice Schwerdt.
El equipo del MIT diseñó electrodos de solo 10 micras de diámetro y los combinó en conjuntos de ocho electrodos. Estos electrodos delicados se envuelven en un polímero rígido llamado PEG, que los protege y evita que se desvíen al ingresar al tejido cerebralSin embargo, el PEG se disuelve durante la inserción para que no ingrese al cerebro.
Estos pequeños electrodos miden la dopamina de la misma manera que las versiones más grandes. Los investigadores aplican un voltaje oscilante a través de los electrodos, y cuando el voltaje está en cierto punto, cualquier dopamina en las cercanías sufre una reacción electroquímica que produce una medición mediblecorriente eléctrica. Usando esta técnica, la presencia de dopamina se puede monitorear en escalas de tiempo de milisegundos.
Usando estos arreglos, los investigadores demostraron que podían monitorear los niveles de dopamina en muchas partes del cuerpo estriado a la vez.
"Lo que nos motivó a buscar esta matriz de alta densidad fue el hecho de que ahora tenemos una mejor oportunidad de medir la dopamina en el cuerpo estriado, porque ahora tenemos ocho o 16 sondas en el cuerpo estriado, en lugar de solo una", dice Schwerdt.
Los investigadores encontraron que los niveles de dopamina varían mucho en todo el cuerpo estriado. Esto no fue sorprendente, ya que no esperaban que toda la región se bañara continuamente en dopamina, pero esta variación ha sido difícil de demostrar porque los métodos anteriores midieron solo un área enun momento.
Cómo sucede el aprendizaje
Los investigadores ahora están realizando pruebas para ver cuánto tiempo pueden continuar estos electrodos dando una señal medible, y hasta ahora el dispositivo ha funcionado durante hasta dos meses. Con este tipo de detección a largo plazo, los científicos deberían poder rastrearla dopamina cambia durante largos períodos de tiempo, a medida que se forman hábitos o se aprenden nuevas habilidades.
"Nosotros y otras personas hemos luchado para obtener buenas lecturas a largo plazo", dice Graybiel, quien es miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT. "Necesitamos poder descubrir qué sucede con la dopamina en modelos de ratón detrastornos cerebrales, por ejemplo, o lo que le sucede a la dopamina cuando los animales aprenden algo ".
Ella también espera aprender más sobre los roles de las estructuras en el cuerpo estriado conocidos como estriosomas. Estos grupos de células, descubiertos por Graybiel hace muchos años, se distribuyen por todo el cuerpo estriado. El trabajo reciente de su laboratorio sugiere que los estriosomas están involucrados en la formacióndecisiones que inducen ansiedad.
Este estudio es parte de una colaboración más amplia entre los laboratorios de Cima y Graybiel que también incluye esfuerzos para desarrollar dispositivos de suministro de drogas inyectables para tratar trastornos cerebrales.
"Lo que une todos estos estudios es que estamos tratando de encontrar una manera de interactuar químicamente con el cerebro", dice Schwerdt. "Si podemos comunicarnos químicamente con el cerebro, hace que nuestro tratamiento o nuestra medición estén mucho más enfocadosy selectivo, y podemos entender mejor lo que está sucediendo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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