La dopamina è un’importante molecola di segnalazione per le cellule nervose. Più comunemente un neurotrasmettitore. Finora non è stato possibile determinare con precisione la sua concentrazione con un’elevata risoluzione spazio-temporale. Un nuovo metodo lo ha reso possibile, grazie a un team di ricercatori di Bochum, Göttingen e Duisburg .che ha utilizzato nanotubi di carbonio modificati che si illuminano in presenza della sostanza. Questi sensori visualizzano il rilascio di dopamina dalle cellule nervose con una risoluzione senza precedenti. Gli scienziati, guidati dal professor Sebastian Kruss del Dipartimento di Chimica Fisica della Ruhr-Universität Bochum (RUB); e poi dal dottor James Daniel, nonché dal professor Nils Brose dell’Istituto Max Planck per le Scienze Multidisciplinari di Gottinga, riportano il risultato sulla rivista PNAS del 25 maggio 2022.
Dopamina, i risultati dello studio: cambiamenti di fluorescenza in presenza di dopamina
Il neurotrasmettitore dopamina controlla, inoltre, il centro di “ricompensa” del cervello. Se questa trasmissione di segnali non funziona più, può portare a disturbi come il morbo di Parkinson. In aggiunta, i segnali chimici possono essere alterati da droghe come la cocaina e svolgono un ruolo importante nei disturbi da abuso di sostanze.
“Tuttavia, finora non esisteva un metodo in grado di visualizzare simultaneamente i segnali della dopamina con un’elevata risoluzione spaziale e temporale”; dichiara Sebastian Kruss, responsabile del Functional Interfaces and Biosystems Group alla RUB. e membro del Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (RESOLV) e dell’International Graduate School of Neuroscience (IGSN).
È qui che entrano in gioco i nuovi sensori. Si basano su tubi di carbonio ultrasottili, circa 10.000 volte più sottili di un capello umano. Quando vengono irradiati con luce visibile, si illuminano nella gamma prossima all’infrarosso con lunghezze d’onda di 1.000 nanometri e oltre.
“Questa gamma di luce non è visibile all’occhio umano, ma può penetrare più in profondità nei tessuti e quindi fornire immagini migliori e più nitide rispetto alla luce visibile”; spiega Kruss. Inoltre, in questa gamma ci sono molti meno segnali di fondo che possono distorcere i risultati.
“Abbiamo modificato sistematicamente questa proprietà legando diverse brevi sequenze di acidi nucleici. ai nanotubi di carbonio in modo tale che questi cambino la loro fluorescenza quando entrano in contatto con molecole definite”; aggiunge Sebastian Kruss. In questo modo il suo gruppo di ricerca è riuscito a trasformare i nanotubi di carbonio. in minuscoli nanosensori che si legano in modo specifico alla dopamina e che fluorescono più o meno intensamente .a seconda della concentrazione di dopamina. “Ci siamo subito resi conto che questi sensori sarebbero stati interessanti per la neurobiologia”; sottolinea Kruss.
Rivestire le cellule nervose sane con uno strato di sensori
A tal fine, i sensori devono essere spostati in prossimità di reti neuronali funzionanti. La dott.ssa Sofia Elizarova e James Daniel dell’Istituto Max Planck per le Scienze Multidisciplinari di Gottinga hanno sviluppato condizioni di coltura cellulare per questo scopo,. in cui le cellule nervose rimangono sane e possono essere rivestite con uno strato estremamente sottile di sensori. Ciò ha permesso ai ricercatori di visualizzare per la prima volta i singoli eventi di rilascio di dopamina lungo le strutture neuronali.e di approfondire i meccanismi di rilascio della dopamina.
Kruss, Elizarova e Daniel sono convinti che i nuovi sensori abbiano un enorme potenziale: “Forniscono nuove conoscenze sulla plasticità .e sulla regolazione dei segnali della dopamina”. Afferma Sofia Eizarova. “A lungo termine, potrebbero anche facilitare i progressi nel trattamento di malattie come il Parkinson.Inoltre, sono attualmente in fase di sviluppo altri sensori con cui rendere visibili altre molecole di segnalazione, ad esempio per identificare gli agenti patogeni”.
Leggi anche: Il ruolo della Vitamina D nella nostra dieta.
Seguici su Telegram