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. Emparejar pequeños receptores artificiales con dispositivos semiconductores que pueden funcionar en tejidos vivos, el equipo pudo observar las sustancias químicas del cerebro con un alto nivel de detalle.

La investigación, publicado en la revista Ciencias , es parte de la iniciativa BRAIN, una colaboración a gran escala entre el gobierno, industria privada, organizaciones sin fines de lucro, y numerosos colegios y universidades.

"Comprender los fundamentos de cómo se produce la neurotransmisión nos ayudará a comprender no solo cómo funciona nuestro cerebro, pero lo que sucede en los trastornos psiquiátricos ", dijo Andrews." Para avanzar con tratamientos dramáticamente mejores, necesitamos entender cómo codificamos la información sobre la ansiedad o el estado de ánimo, procesos que pueden salir mal, a veces con consecuencias devastadoras ".

"La idea de este proyecto comenzó hace 20 años, "dijo la investigadora principal Anne M. Andrews, profesor de psiquiatría y química en UCLA. "Nació de una necesidad crítica en mi propia investigación sobre la serotonina. Mi grupo estaba usando el monitoreo in vivo de última generación, pero se hizo evidente para mí que mejorar los métodos en la mano no sería suficiente para proporcionar el resolución necesaria. Necesitábamos una estrategia de detección totalmente nueva ". Esto llevó a la colaboración con Paul Weiss, profesor de química y ciencia de los materiales en UCLA.

Andrews imaginó acoplar receptores artificiales con una plataforma de señalización a nanoescala. Un gran obstáculo sin embargo, era que los transistores requeridos, que son unidades básicas de computadoras y teléfonos celulares, y son necesarios para procesar una señal, no funciona 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 protegerlo, impidiendo la detección de cambios en el campo eléctrico. La pregunta era "¿Cómo podemos aprovechar la poderosa ciencia y la 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 UCLA, proporcionó al equipo materiales semiconductores a nanoescala de alto rendimiento.

Mirar la naturaleza es a veces más efectivo que idear métodos totalmente nuevos, Andrews dijo. ¿Entonces se asoció con el profesor Milan Stojanovi? y el Dr. Kyung-Ae Yang, ambos de Columbia, que estaban usando secuencias de ácido nucleico como receptores. Una ventaja de estas biomoléculas es que son más pequeñas que los receptores de proteínas más voluminosos utilizados por las células nativas y otros investigadores para biosensores.

"Nuestro avance fue que usamos un tipo diferente de receptor inspirado biológicamente, después de todo, la vida empezó con ARN, "Dijo Andrews. Los investigadores de Columbia desarrollan secuencias de ácido nucleico que actúan como receptores, llamados aptámeros, que son lo suficientemente pequeños como para que alguna parte esté cerca de superficies semiconductoras. Y en esto hemos superado el problema de la 'protección contra la sal' ".

En el nuevo periódico, el equipo identificó y probó con éxito receptores de serotonina, dopamina y glucosa. Se encontró que los receptores eran extremadamente selectivos, uniendo solo las moléculas para las que fueron diseñadas. El sistema tuvo éxito incluso en tejido cerebral vivo de ratones.

El método es universal, por lo que se puede utilizar para casi cualquier objetivo: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 microbioma intestinal refluyen y fluyen.

El principal interés de Andrews sigue estando en los neurotransmisores. "Actualmente no tenemos métodos para estudiar la señalización de neurotransmisores en las escalas en las que se codifica la información, "dijo Andrews." Así que estos sensores nos permitirán acercarnos a dimensiones críticas. Uno de los objetivos es, en última instancia, descubrir cómo los cerebros procesan la información a través de diferentes neurotransmisores ". Los hallazgos tienen implicaciones no solo para observar cómo actúan los neuroquímicos en condiciones normales, sino también en la comprensión de 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.