Pesquisadores da UCLA e da Universidade de Columbia desenvolveram um novo método para rastrear a atividade de pequenas moléculas no cérebro, incluindo os neurotransmissores serotonina e dopamina. Emparelhar minúsculos receptores artificiais com dispositivos semicondutores que são capazes de funcionar em tecidos vivos, a equipe foi capaz de observar as substâncias químicas do cérebro em alto nível de detalhes.

A pesquisa, publicado no jornal Ciência , faz parte da Iniciativa BRAIN, uma colaboração em grande escala entre o governo, indústria privada, organizações sem fins lucrativos, e várias faculdades e universidades.

"Compreender os fundamentos de como a neurotransmissão ocorre nos ajudará a entender não apenas como nosso cérebro funciona, mas o que está acontecendo em transtornos psiquiátricos, "disse Andrews." A fim de avançar com tratamentos dramaticamente melhores, precisamos entender como codificamos informações sobre ansiedade ou humor - processos que podem dar errado, às vezes com consequências devastadoras. "

“A ideia deste projeto começou há 20 anos, "disse a pesquisadora principal Anne M. Andrews, professor de psiquiatria e química na UCLA. "Ele nasceu de uma necessidade crítica em minha própria pesquisa sobre serotonina. Meu grupo estava usando o monitoramento in vivo de última geração - mas tornou-se evidente para mim que melhorar os métodos em mãos não seria suficiente para fornecer o resolução necessária. Precisávamos de uma estratégia de detecção totalmente nova. " Isso levou à colaboração com Paul Weiss, professor de química e ciência dos materiais na UCLA.

Andrews imaginou acoplar receptores artificiais com uma plataforma de sinalização em nanoescala. Um grande obstáculo, Contudo, eram os transistores necessários, que são unidades básicas de computadores e telefones celulares, e são necessários para processar um sinal, não funciona bem no molhado, ambientes salgados.

"O carro-chefe de qualquer transistor é o semicondutor, "Andrews disse." Mas quando você coloca em água salgada, os íons de sal - átomos carregados - se alinham na superfície do semicondutor, e protegê-lo, prevenir a detecção de mudanças no campo elétrico. A questão era, 'Como podemos explorar a ciência poderosa e a sensibilidade dos transistores existentes para usá-los em ambientes com alto teor de sal, como o cérebro?' "Uma colaboração com Yang Yang, professor de ciência dos materiais na UCLA, forneceu à equipe materiais semicondutores em nanoescala de alto desempenho.

Olhar para a natureza às vezes é mais eficaz do que desenvolver métodos totalmente novos, Andrews disse. Então ela se juntou ao professor Milan Stojanovi? e Dr. Kyung-Ae Yang, ambos de Columbia, que usavam sequências de ácido nucléico como receptores. Uma vantagem dessas biomoléculas é que elas são menores do que os receptores de proteína mais volumosos usados ​​por células nativas e outros pesquisadores de biossensores.

"Nossa descoberta foi que usamos um tipo diferente de receptor de inspiração biológica - afinal, a vida começou com RNA, "Andrews disse. Os investigadores do Columbia desenvolveram sequências de ácido nucléico que agem como receptores, chamados aptâmeros, que são pequenos o suficiente para que alguma parte esteja perto de superfícies semicondutoras. E nisso, superamos o problema da 'proteção contra sal'. "

No novo jornal, a equipe identificou e testou com sucesso os receptores para serotonina, dopamina, e glicose. Os receptores foram considerados extremamente seletivos, ligando apenas as moléculas para as quais foram concebidos. O sistema foi bem-sucedido até mesmo em tecidos cerebrais vivos de camundongos.

O método é universal, então ele pode ser usado para quase qualquer alvo - para aprender, por exemplo, como as drogas mudam com o tempo no cérebro ou outros órgãos, como a pressão arterial é regulada, e como as moléculas de sinalização associadas ao fluxo e refluxo do microbioma intestinal.

O principal interesse de Andrews ainda está nos neurotransmissores. "Atualmente, não temos métodos para estudar a sinalização de neurotransmissores nas escalas em que as informações são codificadas, "disse Andrews." Portanto, esses sensores nos permitirão abordar dimensões críticas. Um dos objetivos é, em última análise, descobrir como os cérebros processam informações por meio de diferentes neurotransmissores. "As descobertas têm implicações não apenas para observar como os neuroquímicos agem em condições normais, mas também na compreensão de condições psiquiátricas como depressão e ansiedade.

A equipe agora está testando a estratégia para observar substâncias neuroquímicas no cérebro de animais que se comportam.