據麥姆斯咨詢報道，來自德國的科研團隊開發出一款名為“AndromeDA”的近紅外熒光多巴胺納米傳感器，可以在實驗室培養的神經細胞中以高時空分辨率檢測多巴胺釋放。多巴胺是帕金森病患者大腦中逐漸消失的化學信使。

德國波鴻魯爾大學（Ruhr-University Bochum）的新聞報道稱：“新型傳感器以前所未有的分辨率可視化神經細胞中的多巴胺釋放過程。”有多巴胺存在時，該傳感器使用的碳納米管會發出更亮的光。

研究人員說，這種新型檢測方法有助于在帕金森病和其它神經系統疾病的治療方面取得突破。這項研究成果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，題為“A fluorescent nanosensor paint detects dopamine release at axonal varicosities with high spatiotemporal resolution”。

多巴胺是一種神經遞質，充當神經細胞（神經元）間交流的化學信使，除此之外，它還有助于調節運動。帕金森癥狀是由于患者大腦中多巴胺或產生多巴胺的神經元死亡，喪失多巴胺合成功能而引起的。

更好地掌握神經細胞釋放多巴胺的機理是確定引起帕金森等疾病的關鍵。然而，由于缺乏在時間和空間上具有足夠高的分辨率的檢測方法，對機理的研究受到了限制。

“到目前為止，還沒有一種方法可以同時以高空間和時間分辨率可視化多巴胺信號。”波鴻魯爾大學教授、該研究的主要參與者Sebastian Kruss博士說。

目前，來自波鴻魯爾大學和德國哥廷根的馬克斯普朗克多學科科學研究所（Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences）的研究人員組成的研究團隊——由Sebastian Kruss博士領導，開發了一種近紅外熒光多巴胺納米傳感器，旨在以前所未有的分辨率來可視化神經細胞中多巴胺的釋放過程。

該傳感器由超薄碳納米管制成，該碳納米管粗細幾乎是人體頭發的萬分之一。當用可見光照射時，碳納米管會在某些分子存在的情況下在近紅外范圍內發光。“人眼對該范圍的光不可見，但它可以穿透到更深層次的組織中，從而提供比可見光更好、更清晰的圖像。”Sebastian Kruss博士說。

Sebastian Kruss表示：“我們通過將不同短核酸序列與碳納米管結合這一方法，系統地改變了這一特性，這樣當碳納米管與特定分子接觸時，會轉換產生熒光。”值得注意的是，核酸在細胞基因組信息的存儲中起主要作用，其以DNA和RNA的形式出現。這意味著熒光強度應該在多巴胺含量更高時提升。“我們立即意識到，這樣的傳感器對神經生物學來說很有意義。” Sebastian Kruss補充道。

研究人員在實驗室測試中測試了這款名為“AndromeDA”的熒光多巴胺納米傳感器。為此，來自Max Planck的Sofia Elizarova博士和James Daniel博士還開發了一種細胞培養系統——在該系統中，來自小鼠的多巴胺神經元覆蓋一層極薄的納米傳感器，以檢測多巴胺的釋放過程。

實驗結果表明，AndromeDA以高空間和時間分辨率成功地檢測到軸突靜脈曲張中釋放的多巴胺。這些沿著神經纖維的小珠狀結構是相鄰神經細胞之間信息交流的關鍵。

該團隊進一步開發了一種基于機器學習（MI）的工具，以分析多達100個多巴胺靜脈曲張的多巴胺釋放過程。該分析揭示了其異質性，只有一小部分靜脈曲張（約17%）主動釋放多巴胺。此外，多巴胺的釋放需要Munc13型蛋白的存在。該研究團隊表示：“這驗證了AndromeDA作為研究多巴胺分泌的分子和細胞機制的工具效用。”

總的來說，這款熒光納米傳感器“為多巴胺信號的神經可塑性和調節提供了新的見解。”Sofia Elizarova說，“從長遠來看，它們將促進帕金森等疾病的治療取得進展。”

論文鏈接：
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2202842119

審核編輯 ：李倩