Gli astronomi costruiscono nuovi telescopi e scrutano il cielo notturno per vedere cosa potrebbero trovare. Il leader del gruppo Janelia Abraham Beyene adotta un approccio simile quando osserva le cellule che compongono il cervello umano.

Beyene e il suo team progettano e sintetizzano nuovi tipi di biosensori altamente sensibili che usano per scrutare i neuroni per vedere cosa possono imparare.

"Hai questo nuovo strumento che ora ci aiuta a effettuare il tipo di misurazioni che non siamo mai stati in grado di effettuare prima, andiamo in laboratorio e implementiamo questa tecnologia e vediamo cosa succede", afferma Beyene. "Quello che vedi è che iniziano ad emergere alcuni fenomeni davvero interessanti a cui non hai nemmeno iniziato a pensare."

Beyene e il suo team utilizzano questo approccio con il loro nuovo nanosensore sintetico progettato per catturare il rilascio di dopamina attraverso interi neuroni con risoluzione subcellulare. Il biosensore è collegato a un nanofilm 2D, soprannominato DopaFilm, e i neuroni vengono quindi cresciuti sopra il film. Quando i neuroni rilasciano il neurotrasmettitore dopamina, la sostanza chimica cade sulla pellicola, facendola illuminare. Il team utilizza quindi un microscopio personalizzato per catturare questo schiarimento, consentendo loro di visualizzare il rilascio di dopamina da qualsiasi parte del neurone e creare filmati per catturare le sostanze chimiche mentre vengono rilasciate e si diffondono.

I neurotrasmettitori che inviano segnali tra i neuroni sono in genere rilasciati dagli assoni, la lunga catena che esce dal soma del neurone o dal corpo cellulare. Ma alcuni neurotrasmettitori, come la dopamina, vengono rilasciati anche dal soma e dai suoi dendriti, le strutture ad albero che si irradiano da esso. Mentre ricerche precedenti hanno dimostrato che la dopamina viene rilasciata dal soma e dai dendriti, i metodi tradizionali non sono stati in grado di fornire uno sguardo sufficientemente accurato su dove o come si è verificato esattamente.

I biosensori tradizionali utilizzano proteine ​​mirate alla membrana esterna di un neurone, consentendo agli scienziati di osservare solo ciò che sta accadendo in punti specifici della cellula. Ma il nanosensore di Beyene è immobilizzato su una superficie 2D, consentendogli di registrare il rilascio di sostanze neurochimiche attraverso un intero neurone. Il sensore mostra anche un'estrema sensibilità alla dopamina, consentendogli di rilevare anche il più piccolo segnale chimico emanato dalle cellule.

Queste caratteristiche hanno permesso al team di catturare il rilascio di dopamina con dettagli senza precedenti. La nuova tecnica consente loro di ottenere immagini ad alta risoluzione del rilascio di dopamina dagli assoni e di vedere per la prima volta il rilascio di questo importante neurotrasmettitore da posizioni specifiche sui dendriti.

Il loro lavoro, riportato in un nuovo articolo pubblicato su eLife , offre agli scienziati l'opportunità di dare una nuova occhiata al rilascio di dopamina dai dendriti e suggerisce che queste strutture potrebbero svolgere un ruolo maggiore nei calcoli cerebrali di quanto si pensasse in precedenza.

"Siamo in grado di creare filmati in cui catturiamo l'intera estensione spaziale e temporale delle sostanze chimiche mentre vengono rilasciate e si diffondono, cosa mai fatta prima. E poi abbiamo sfruttato questa capacità di studiare il rilascio dendritico di dopamina, che ha non è stato completamente caratterizzato e ben compreso", afferma Beyene.

Mentre il nuovo lavoro risponde ad alcune domande, ne solleva anche di nuove, come il motivo per cui alcuni dendriti rilasciano dopamina mentre altri tacciono, dice Beyene. Spera che le loro scoperte inducano nuovi studi da parte dei neuroscienziati sui neuroni della dopamina nel cervello.

"Poiché la maggior parte degli strumenti fatica a fornire una buona misurazione e visualizzazione del rilascio dai dendriti, il potenziale ruolo del rilascio di dopamina dendritica nel calcolo più ampio intrapreso dai neuroni della dopamina non è stato completamente esplorato. Si spera che questo studio fornisca lo slancio per i ricercatori una seconda occhiata", dice Beyene. + Esplora ulteriormente

Un neurone artificiale in grado di ricevere e rilasciare dopamina