Nuevos sensores permiten una medición precisa de la dopamina

La dopamina es una molécula de señalización importante para las células nerviosas. Su concentración no se pudo determinar con precisión con alta resolución espacial o temporal hasta ahora. Ahora, un nuevo método lo ha hecho posible: un equipo de investigación de Bochum, Göttingen y Duisburg utilizó nanotubos de carbono modificados que brillan más en presencia de la sustancia mensajera dopamina.

Estos sensores visualizan la liberación de dopamina de las células nerviosas con una resolución sin precedentes. Los investigadores encabezados por el profesor Sebastian Kruss del Departamento de Química Física de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) y el Dr. James Daniel, así como el profesor Nils Brose del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias en Göttingen informan sobre esto en la revista. PNAS a partir del 25 de mayo de 2022.

Cambios de fluorescencia en presencia de dopamina

El neurotransmisor dopamina controla el centro de recompensa del cerebro, entre otras cosas. Si esta transmisión de señales ya no funciona, puede provocar trastornos como la enfermedad de Parkinson. Además, las señales químicas son alteradas por drogas como la cocaína y juegan un papel en los trastornos por abuso de sustancias. «Sin embargo, hasta ahora no había ningún método que pudiera visualizar simultáneamente las señales de dopamina con alta resolución espacial y temporal», explica Sebastian Kruss, jefe del Grupo de Interfaces Funcionales y Biosistemas de RUB y miembro del Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence ( RESOLV) y la Escuela Internacional de Graduados en Neurociencia (IGSN).

Aquí es donde entran en juego los novedosos sensores. Se basan en tubos de carbono ultrafinos, unas 10.000 veces más finos que un cabello humano. Cuando se irradian con luz visible, brillan en el rango infrarrojo cercano con longitudes de onda de 1000 nanómetros y más. «Este rango de luz no es visible para el ojo humano, pero puede penetrar más profundamente en el tejido y, por lo tanto, proporcionar imágenes mejores y más nítidas que la luz visible», dice Kruss. Además, hay muchas menos señales de fondo en este rango que pueden distorsionar el resultado.

«Hemos modificado sistemáticamente esta propiedad uniendo varias secuencias cortas de ácidos nucleicos a los nanotubos de carbono de tal manera que cambian su fluorescencia cuando entran en contacto con moléculas definidas», explica Sebastian Kruss. Así es como su grupo de investigación ha logrado convertir los nanotubos de carbono en diminutos nanosensores que se unen específicamente a la dopamina y emiten una fluorescencia más o menos intensa según la concentración de dopamina. «Inmediatamente nos dimos cuenta de que tales sensores serían interesantes para la neurobiología», dice Kruss.

Recubrimiento de células nerviosas sanas con una capa sensora

Para hacer esto, los sensores deben moverse en la vecindad de las redes neuronales en funcionamiento. La Dra. Sofia Elizarova y James Daniel del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias en Göttingen desarrollaron condiciones de cultivo celular para esto, en las que las células nerviosas se mantienen saludables y pueden recubrirse con una capa extremadamente delgada de sensores. Esto permitió a los investigadores visualizar eventos individuales de liberación de dopamina a lo largo de las estructuras neuronales por primera vez y obtener información sobre los mecanismos de liberación de dopamina.

Kruss, Elizarova y Daniel confían en que los nuevos sensores tienen un enorme potencial: «Proporcionan nuevos conocimientos sobre la plasticidad y la regulación de las señales de dopamina», dice Sofia Eizarova. «A largo plazo, también podrían facilitar el progreso en el tratamiento de enfermedades como el Parkinson». Además, actualmente se están desarrollando otros sensores con los que se pueden hacer visibles otras moléculas de señalización, por ejemplo, para identificar patógenos.