Ogni movimento nel corpo umano, dall'alzare le braccia al battito del nostro cuore, è regolato in qualche modo dai segnali del nostro cervello. Fino a poco tempo fa, gli scienziati hanno spesso rintracciato e capito che la comunicazione cervello-corpo solo dopo il fatto, un po' come ascoltare un messaggio vocale invece di essere al telefono.

Ma i ricercatori della Northeastern hanno sviluppato un nuovo tipo di nanosensore che consente agli scienziati di visualizzare la comunicazione tra il cervello e il corpo in tempo reale. Ora possono ascoltare la chiamata.

Heather Clark, professore di bioingegneria e chimica alla Northeastern, e James Monaghan, professore associato di biologia, insieme ai colleghi della Northeastern e ai ricercatori dell'Università della California, San Francisco, sviluppato un nanosensore basato sul DNA che rileva un neurotrasmettitore specifico, acetilcolina, quando viene rilasciato e raccolto dalle cellule bersaglio negli animali viventi. Hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze questo mese.

"E' fondamentale, in termini di comprensione della relazione tra il cervello e il corpo, per capire quando i nervi stanno comunicando, quando emettono segnali per dire alla frequenza cardiaca di accelerare o rallentare, Per esempio, "dice Monaghan.

Comprendere questa comunicazione è particolarmente importante in caso di guasto. Malattie come il morbo di Parkinson sono il risultato della degenerazione delle cellule nervose e dell'interruzione della comunicazione tra il cervello e il corpo.

Un fiorente campo della medicina noto come medicina bioelettronica cerca di utilizzare la stimolazione nervosa altamente specifica per trattare le malattie neurologiche. Per colpire con precisione i nervi, gli scienziati devono sapere come reagiscono in tempo reale e negli organismi viventi:il nanosensore di Clark e Monaghan rappresenta un passo in quella direzione.

"Se hai intenzione di usare la stimolazione nervosa come medicina, hai bisogno di una lettura di quanto stimolo hai fornito, " Monaghan dice. "Dr. La chimica e l'innovazione di Clark in quest'area dello sviluppo dei sensori fornirebbero quella lettura per il neurotrasmettitore acetilcolina".

Il nanosensore è costituito da un componente fluorescente che si illumina in presenza di acetilcolina e può essere visto nei topi viventi, in tempo reale. È un po' come vedere il cellulare di qualcuno accendersi per una telefonata, ma a livello molecolare.

Gli strumenti esistenti come i microelettrodi e la microdialisi consentono agli scienziati di rilevare l'acetilcolina nel sistema nervoso centrale, ma sono insufficienti quando si tratta del sistema nervoso periferico, che è tutto al di fuori del cervello e del midollo spinale.

Clark, Monaghan, e i loro colleghi hanno utilizzato potenti microscopi alloggiati a Northeastern, per vedere i marcatori fluorescenti illuminarsi mentre il neurotrasmettitore veniva attivato nei loro esperimenti.

Lo sviluppo di questo nanosensore è solo l'inizio, anche se, e i ricercatori sperano di creare sensori ancora più resistenti in futuro.

Clark e Monaghan si aspettano anche che i sofisticati strumenti di imaging che hanno usato per sviluppare questo nanosensore verranno utilizzati da altri scienziati a Northeastern e oltre. Dirigono l'Istituto per l'imaging chimico dei sistemi viventi, una nuova organizzazione presso l'università in cui i ricercatori possono sfruttare cinque microscopi all'avanguardia situati nel Complesso interdisciplinare di scienze e ingegneria.

"Questo è un insieme di strumenti che i ricercatori possono utilizzare per rispondere a domande fondamentali sulla segnalazione biochimica nel corpo, " dice Clark. "Come scienziato, Amo sviluppare nuovi strumenti e promuovere il tipo di ricerca interdisciplinare che potrebbe avere un impatto reale nel mondo".