نگاه دقیق‌تر به دوپامین، با کمک نانوحسگر امکان‌پذیر شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، ستاره‌شناسان تلسکوپ‌های جدیدی می‌سازند و به آسمان شب نگاه می‌کنند تا ببینند چه چیز‌هایی را ممکن است پیدا کنند. جانلیا ابراهام بیین رویکرد مشابهی را هنگام نگاه کردن به سلول‌های سازنده مغز انسان اتخاذ کرده است. ابراهام بیین و همکارانش انواع جدیدی از حسگر‌های زیستی بسیار حساس را طراحی و ترکیب می‌کنند که از آن‌ها برای بررسی نورون‌ها استفاده کرده تا ببینند چه چیزی می‌توانند بیاموزند.

جانلیا ابراهام بیین می‌گوید: «شما اکنون این ابزار جدید را در اختیار دارید که کمک می‌کند تا انواع اندازه‌گیری‌هایی را انجام دهیم، چیز‌هایی که قبلا هرگز قادر به انجام آن نبوده‌ایم، ما به آزمایشگاه می‌رویم و این فناوری را به کار می‌گیریم و می‌بینیم که چه اتفاقی می‌افتد. آنچه می‌بینید این است که برخی از پدیده‌های واقعا جالب شروع به ظهور می‌کنند که شما تا پیش از این حتی به آن‌ها فکر هم نکرده‌اید.»

تیم تحقیقاتی جانلیا ابراهام بیین در این رویکرد از نانوحسگر مصنوعی جدید خود استفاده می‌کنند که برای جذب دوپامین در سراسر نورون‌ها با وضوح بالا طراحی شده است. این حسگر زیستی به یک نانوفیلم دوبعدی به نام DopaFilm متصل می‌شود و سپس نورون‌ها در بالای فیلم رشد می‌کنند. هنگامی که نورون‌ها انتقال‌دهنده عصبی دوپامین را آزاد می‌کنند، ماده شیمیایی روی فیلم می‌افتد و باعث روشن شدن آن می‌شود. سپس این تیم از یک میکروسکوپ سفارشی برای ثبت این روشنایی استفاده می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد آزاد شدن دوپامین را در هر قسمتی از نورون مشاهده کنند و فیلم‌هایی از مواد شیمیایی هنگام رها شدن و پخش شدن آن‌ها ضبط کنند.

انتقال‌دهنده‌های عصبی که سیگنال‌ها را بین نورون‌ها ارسال می‌کنند، معمولاً از آکسون‌ها آزاد می‌شوند، زنجیره بلندی که از نورون خارج می‌شود. اما برخی از انتقال‌دهنده‌های عصبی مانند دوپامین نیز از دندریت‌های آن آزاد می‌شوند. در حالی که تحقیقات قبلی نشان می‌داد که دوپامین از دندریت‌ها آزاد می‌شود، روش‌های سنتی نمی‌توانستند به اندازه کافی خوب در مورد مکان یا نحوه وقوع این اتفاق اطلاعاتی ارائه کنند.

حسگر‌های زیستی سنتی از پروتئین‌هایی استفاده می‌کنند که غشای بیرونی یک نورون را هدف قرار می‌دهند و به دانشمندان اجازه می‌دهند فقط آنچه را که در نقاط خاصی روی سلول اتفاق می‌افتد مشاهده کنند. اما نانوحسگر تیم جانلیا ابراهام بیین، در یک سطح دوبعدی تثبیت شده است و به آن اجازه می‌دهد تا انتشار مواد شیمیایی عصبی را در کل یک نورون ثبت کند. این حسگر همچنین حساسیت شدیدی به دوپامین از خود نشان می‌دهد و به آن‌ها اجازه می‌دهد حتی کوچک‌ترین سیگنال شیمیایی منتشر شده از سلول‌ها را تشخیص دهد.

این ویژگی‌ها به این تیم اجازه داد تا آزادسازی دوپامین را با جزئیات بی‌سابقه‌ای به تصویر بکشد. این روش جدید آن‌ها را قادر می‌سازد تصاویری با وضوح بالا از آزاد شدن دوپامین از آکسون‌ها به دست آورند و برای اولین بار شاهد انتشار این انتقال‌دهنده عصبی مهم از مکان‌های خاص روی دندریت‌ها باشند.

نتایج کار آن‌ها که در مقاله جدید منتشر شده در eLife گزارش شده است. این فناوری به دانشمندان فرصتی می‌دهد تا نگاهی تازه به آزادسازی دوپامین از دندریت بی‌اندازند و نشان می‌دهد که این ساختار‌ها ممکن است نقش بزرگتری در محاسبات مغز نسبت به آنچه قبلا تصور می‌شد ایفا کنند.

جانلیا ابراهام بیین می‌گوید: «ما می‌توانیم فیلم‌هایی بسازیم که در آن گستره مکانی و زمانی مواد شیمیایی را هنگام آزاد شدن و پخش شدن آن‌ها ضبط کنیم، کاری که قبلاً انجام نشده بود. سپس از این توانایی برای مطالعه آزادسازی دندریتیک دوپامین استفاده کردیم.»

وی می‌افزاید: «در حالی که کار جدید ما به برخی سؤالات پاسخ می‌دهد، سؤال‌های جدیدی را نیز مطرح می‌کند، مانند اینکه چرا برخی از دندریت‌ها دوپامین ترشح می‌کنند در حالی که برخی دیگر ساکت هستند.»

او امیدوار است که یافته‌های آن‌ها منجر به مطالعات جدید توسط دانشمندان علوم اعصاب در مورد نورون‌ها در مغز شود.

جانلیا ابراهام بیین می‌گوید: «از آنجایی که اکثر ابزار‌ها برای اندازه‌گیری و به تصویر کشیدن رهاسازی از دندریت‌ها تلاش می‌کنند، نقش بالقوه آزادسازی دوپامین دندریتیک در محاسبات بزرگ‌تری که نورون‌های دوپامین انجام می‌دهند به‌طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است. امیدواریم این مطالعه انگیزه‌ای برای انجام این کار در محققان فراهم کند.»