De nouveaux capteurs permettent de mesurer précisément la dopamine
Les nanotubes de carbone brillent davantage en présence de neurotransmetteurs. Cela permet de mesurer facilement et précisément les signaux entre les cellules nerveuses.
La dopamine est une molécule de signalisation importante pour les cellules nerveuses. Jusqu'à présent, sa concentration ne pouvait pas être déterminée avec précision, avec une haute résolution spatiale ou temporelle. Une nouvelle méthode a rendu cela possible : Une équipe de chercheurs de Bochum, Göttingen et Duisbourg a utilisé des Nanotubes de carbone modifiés qui deviennent plus brillants en présence de la dopamine, substance messagère. Ces capteurs visualisent la libération de dopamine par les cellules nerveuses avec une résolution sans précédent. Les chercheurs dirigés par le professeur Sebastian Kruss du département de chimie physique de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et le Dr James Daniel ainsi que le professeur Nils Brose de l'Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires de Göttingen en font état dans la revue PNAS du 25 mai 2022.
Sebastian Kruss (à droite) et Björn Hill font partie de l'équipe qui a pu mesurer directement la dopamine, un neurotransmetteur.
© RUB, Kramer
Changements de fluorescence en présence de dopamine
Le neurotransmetteur dopamine contrôle, entre autres, le centre de récompense du cerveau. Si cette transmission de signaux ne fonctionne plus, cela peut entraîner des troubles tels que la maladie de Parkinson. En outre, les signaux chimiques sont altérés par des drogues telles que la cocaïne et jouent un rôle dans les troubles liés à l'abus de substances. "Cependant, jusqu'à présent, aucune méthode ne permettait de visualiser simultanément les signaux de dopamine avec une haute résolution spatiale et temporelle", explique Sebastian Kruss, chef du groupe Interfaces fonctionnelles et biosystèmes à la RUB et membre du pôle d'excellence Ruhr Explores Solvation (RESOLV) et de l'International Graduate School of Neuroscience (IGSN).
C'est là que les nouveaux capteurs entrent en jeu. Ils sont basés sur des tubes de carbone ultrafins, environ 10 000 fois plus fins qu'un cheveu humain. Lorsqu'ils sont irradiés par de la lumière visible, ils brillent dans le proche infrarouge avec des longueurs d'onde de 1 000 nanomètres et plus. "Cette gamme de lumière n'est pas visible à l'œil humain, mais elle peut pénétrer plus profondément dans les tissus et fournir ainsi des images meilleures et plus nettes que la lumière visible", explique M. Kruss. En outre, il y a beaucoup moins de signaux de fond dans cette gamme qui peuvent fausser le résultat.
"Nous avons systématiquement modifié cette propriété en liant diverses courtes séquences d'acide nucléique aux nanotubes de carbone de manière à ce qu'ils modifient leur fluorescence lorsqu'ils entrent en contact avec des molécules définies", explique Sebastian Kruss. C'est ainsi que son groupe de recherche a réussi à transformer les nanotubes de carbone en minuscules nanocapteurs qui se lient spécifiquement à la dopamine et dont la fluorescence est plus ou moins forte en fonction de la concentration de dopamine. "Nous avons immédiatement compris que de tels capteurs seraient intéressants pour la neurobiologie", explique Kruss.
Revêtir des cellules nerveuses saines d'une couche de capteurs
Pour ce faire, les capteurs doivent être déplacés à proximité de réseaux neuronaux fonctionnels. Sofia Elizarova et James Daniel, de l'Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires de Göttingen, ont mis au point des conditions de culture cellulaire dans lesquelles les cellules nerveuses restent saines et peuvent être recouvertes d'une couche extrêmement fine de capteurs. Cela a permis aux chercheurs de visualiser pour la première fois des événements individuels de libération de dopamine le long de structures neuronales et de mieux comprendre les mécanismes de libération de dopamine.
Kruss, Elizarova et Daniel sont convaincus que les nouveaux capteurs ont un énorme potentiel : "Ils fournissent de nouvelles informations sur la plasticité et la régulation des signaux de dopamine", déclare Sofia Eizarova. "À long terme, ils pourraient également faciliter les progrès dans le traitement de maladies telles que la maladie de Parkinson." En outre, d'autres capteurs sont en cours de développement, avec lesquels d'autres molécules de signalisation peuvent être rendues visibles, par exemple pour identifier des agents pathogènes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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