Des chercheurs de l'UCLA et de l'Université Columbia ont développé une nouvelle méthode pour suivre l'activité de petites molécules dans le cerveau, y compris les neurotransmetteurs sérotonine et dopamine. Associer de minuscules récepteurs artificiels à des dispositifs semi-conducteurs capables de fonctionner dans les tissus vivants, l'équipe a pu observer les substances chimiques du cerveau à un niveau de détail élevé.

La recherche, publié dans la revue Science , fait partie de l'initiative BRAIN, une collaboration à grande échelle entre les gouvernements, secteur privé, à but non lucratif, et de nombreux collèges et universités.

« Comprendre les principes fondamentaux de la façon dont la neurotransmission se produit nous aidera à comprendre non seulement comment notre cerveau fonctionne, mais que se passe-t-il dans les troubles psychiatriques, " a déclaré Andrews. " Afin d'aller de l'avant avec des traitements considérablement meilleurs, nous devons comprendre comment nous encodons les informations sur l'anxiété ou l'humeur - des processus qui peuvent mal tourner, parfois avec des conséquences dévastatrices."

"L'idée de ce projet est née il y a 20 ans, " a déclaré la chercheuse principale Anne M. Andrews, professeur de psychiatrie et de chimie à l'UCLA. « Cela est né d'un besoin critique dans mes propres recherches sur la sérotonine. Mon groupe utilisait une surveillance in vivo de pointe, mais il m'est devenu évident que l'amélioration des méthodes en cours n'allait pas suffire à fournir les résolution nécessaire. Nous avions besoin d'une toute nouvelle stratégie de détection. Cela a conduit à une collaboration avec Paul Weiss, professeur de chimie et de science des matériaux à l'UCLA.

Andrews envisageait de coupler des récepteurs artificiels avec une plateforme de signalisation à l'échelle nanométrique. Un obstacle majeur, cependant, était que les transistors requis, qui sont les unités de base des ordinateurs et des téléphones portables, et sont nécessaires pour traiter un signal, ne fonctionne pas bien par temps humide, environnements salés.

"Le cheval de bataille de tout transistor est le semi-conducteur, " a dit Andrews. " Mais quand vous le mettez dans de l'eau salée, les ions de sel (atomes chargés) s'alignent sur la surface du semi-conducteur, et le protéger, empêchant la détection des changements de champ électrique. La question était, « Comment pouvons-nous exploiter la science puissante et la sensibilité des transistors existants pour les utiliser dans des environnements riches en sel comme le cerveau ? » " Une collaboration avec Yang Yang, professeur de science des matériaux à l'UCLA, a fourni à l'équipe des matériaux semi-conducteurs à l'échelle nanométrique de haute performance.

Se tourner vers la nature est parfois plus efficace que de concevoir des méthodes totalement nouvelles, dit Andrews. Elle a donc fait équipe avec le professeur Milan Stojanovi ? et le Dr Kyung-Ae Yang, tous les deux de Colombie, qui utilisaient des séquences d'acides nucléiques comme récepteurs. Un avantage de ces biomolécules est qu'elles sont plus petites que les récepteurs protéiques plus volumineux utilisés par les cellules natives et d'autres chercheurs pour les biocapteurs.

« Notre avancée a été que nous avons utilisé un type de récepteur différent qui a été biologiquement inspiré - après tout, la vie a commencé avec l'ARN, " a déclaré Andrews. Les chercheurs de Columbia développent des séquences d'acides nucléiques qui agissent comme des récepteurs, appelés aptamères, qui sont suffisamment petits pour qu'une partie soit proche des surfaces semi-conductrices. Et en cela, nous avons surmonté le problème de « protection contre le sel ».

Dans le nouveau journal, l'équipe a identifié et testé avec succès les récepteurs de la sérotonine, dopamine, et le glucose. Les récepteurs se sont avérés extrêmement sélectifs, liant uniquement les molécules pour lesquelles ils ont été conçus. Le système a réussi même dans les tissus cérébraux vivants de souris.

La méthode est universelle, il peut donc être utilisé pour presque n'importe quelle cible - pour apprendre, par exemple, comment les médicaments changent avec le temps dans le cerveau ou d'autres organes, comment la pression artérielle est régulée, et comment les molécules de signalisation associées au flux et reflux du microbiome intestinal.

Le principal intérêt d'Andrews réside toujours dans les neurotransmetteurs. "Nous ne disposons pas actuellement de méthodes pour étudier la signalisation des neurotransmetteurs aux échelles sur lesquelles l'information est codée, " a déclaré Andrews. " Ainsi, ces capteurs nous permettront d'approcher des dimensions critiques. L'un des objectifs est de comprendre en fin de compte comment le cerveau traite l'information via différents neurotransmetteurs. mais aussi dans la compréhension des troubles psychiatriques comme la dépression et l'anxiété.

L'équipe teste maintenant la stratégie de surveillance des substances neurochimiques dans le cerveau des animaux qui se comportent.