新工具-“荧光感应涂料”照亮帕金森病的关键标志物

在帕金森病中看到的多巴胺生产的下降跟运动症状的发生有关，如震颤和平衡不良。虽然没有完全治愈这种疾病的方法，但治疗方法可以减缓这一过程并改善病人的生活质量。这包括帮助大脑产生更多多巴胺的药物左旋多巴以及几十年来一直作为改善身体症状的一种方式的深部脑刺激。

一种测量多巴胺的准确方法将为医生提供一种监测这些治疗效果的强有力的新方法并让他们完善自己的方法以改善病人的治疗效果。使用电极来测量大脑中的化学活动是可能的，2017年麻省理工学院(MIT)的一个团队制作了一个新的阵列，其可用于长期实时监测整个大脑区域的多巴胺。在此后的几年里，其他电极系统不断提高这一技术的准确性。

由德国波鸿鲁尔大学的科学家领导的一个研究小组一直在追求另一种方法，他们希望为多巴胺的读取提供新的空间和时间分辨率。该技术从比人的头发薄约1万倍的超薄碳纳米管开始。科学家们做了一些改变，进而使这些微小的管子具备了新的能力，然后使它们能跟多巴胺结合并根据其浓度发出或多或少的光。

研究团队成员Sebastian Kruss（右）和Björn Hill

“我们通过将各种短的核酸序列跟碳纳米管结合系统地修改了这一特性，这使它们在跟确定的分子接触时改变其荧光，”研究作者Sebastian Kruss说道，“我们立即意识到，这种传感器对神经生物学来说是非常有趣的。”

科学家们随后试图在一个正常运作的神经元网络中测试传感器的潜力，他们在实验室中为其开发了细胞培养条件。在神经细胞上涂上一层非常精细的“荧光多巴胺纳米传感器涂料”使研究人员能以高空间和时间分辨率检测神经递质的分泌，他们称这在以前是不可能的。一个专门建立的机器学习算法也使传感器首次揭示了沿神经元结构的多巴胺释放热点。

研究作者Sofia Eizarova说道：“它们为多巴胺信号的可塑性和调节提供了新的见解。从长远来看，它们还可以促进帕金森症等疾病的治疗进展。”

这些早期调查的结果表明，这种新型传感器可以作为一种工具来研究多巴胺分泌背后的分子和细胞机制。科学家们设想将该技术也用于其他用途，如可能将其调整为照亮揭示病原体的信号分子。