Investigadores de la UCLA y la Universidad de Columbia han desarrollado un método novedoso para rastrear la actividad de pequeñas moléculas en el cerebro, incluidos los neurotransmisores serotonina y dopamina. Emparejando pequeños receptores artificiales con dispositivos semiconductores que pueden funcionar en el tejido vivo, el equipo fuecapaz de observar químicos cerebrales con un alto nivel de detalle.
La investigación, publicada en la revista ciencia es parte de la Iniciativa BRAIN, una colaboración a gran escala entre el gobierno, la industria privada, las organizaciones sin fines de lucro y numerosos colegios y universidades.
"Comprender los fundamentos de cómo ocurre la neurotransmisión nos ayudará a comprender no solo cómo funcionan nuestros cerebros, sino también qué sucede en los trastornos psiquiátricos", dijo la investigadora principal Anne M. Andrews, profesora de psiquiatría y química en la UCLA. "para avanzar con tratamientos dramáticamente mejores, necesitamos comprender cómo codificamos la información sobre la ansiedad o el estado de ánimo, procesos que pueden salir mal, a veces con consecuencias devastadoras ".
La idea para el proyecto comenzó hace 20 años y tuvo su origen en la investigación de Andrews sobre la serotonina. "Mi grupo estaba usando monitoreo in vivo de última generación, pero se me hizo evidente que mejorar los métodos disponibles no estaba funcionandopara ser suficiente para proporcionar la resolución necesaria ", dijo Andrews." Necesitábamos una estrategia de detección totalmente nueva ". Esto llevó a la colaboración con Paul Weiss, profesor de química y ciencias de los materiales en la UCLA.
Andrews imaginó acoplar receptores artificiales con una plataforma de señalización a nanoescala. Sin embargo, un obstáculo importante fue que los transistores requeridos, que son unidades básicas de computadoras y teléfonos celulares, y son necesarios para procesar una señal, no funcionan bien en mojado, ambientes salados.
"El caballo de batalla de cualquier transistor es el semiconductor", dijo Andrews. "Pero cuando lo pones en agua salada, los iones de sal - átomos cargados - se alinean en la superficie del semiconductor y lo protegen, evitando la detección de electricidadLa pregunta fue: "¿Cómo podemos aprovechar la poderosa ciencia y sensibilidad de los transistores existentes para usarlos en entornos con alto contenido de sal como el cerebro?". Una colaboración con Yang Yang, profesor de ciencia de materiales en la UCLA, proporcionóel equipo con materiales semiconductores a nanoescala de alto rendimiento.
Andrews dijo que mirar a la naturaleza es a veces más efectivo que idear métodos totalmente nuevos. Así que se asoció con el profesor Milan Stojanovic y el Dr. Kyung-Ae Yang, ambos de Columbia, que usaban secuencias de ácido nucleico como receptores. Una ventaja deEstas biomoléculas es que son más pequeños que los receptores de proteínas más voluminosos utilizados por las células nativas y otros investigadores de biosensores.
"Nuestro avance fue que usamos un tipo diferente de receptor que estaba inspirado biológicamente, después de todo, la vida comenzó con ARN", dijo Andrews. "Los investigadores de Columbia desarrollan secuencias de ácido nucleico que actúan como receptores, llamados aptámeros, que sonlo suficientemente pequeño como para que alguna parte esté cerca de las superficies de semiconductores. Y en esto, hemos superado el problema del "blindaje de sal".
En el nuevo artículo, el equipo identificó y probó con éxito los receptores de serotonina, dopamina y glucosa. Se descubrió que los receptores eran extremadamente selectivos, uniendo solo las moléculas para las que fueron diseñados. El sistema fue exitoso incluso en el tejido cerebral vivode ratones
El método es universal, por lo que puede usarse para casi cualquier objetivo: para aprender, por ejemplo, cómo cambian las drogas con el tiempo en el cerebro u otros órganos, cómo se regula la presión arterial y cómo las moléculas de señalización asociadas con el intestinomicrobioma de flujo y reflujo.
El principal interés de Andrews aún reside en los neurotransmisores. "Actualmente no tenemos métodos para estudiar la señalización de neurotransmisores en las escalas sobre las que se codifica la información", dijo Andrews. "Así que estos sensores nos permitirán acercarnos a las dimensiones críticas. Un objetivoes averiguar cómo los cerebros procesan la información a través de diferentes neurotransmisores ". Los hallazgos tienen implicaciones no solo para observar cómo los neuroquímicos actúan en condiciones normales, sino también para comprender las condiciones psiquiátricas como la depresión y la ansiedad.
El equipo ahora está probando la estrategia para observar neuroquímicos en el cerebro de los animales que se comportan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de California - Ciencias de la salud de Los Ángeles . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :