Ricerche

Schema dello studio Banik et al / ACS Cent. Sci.

I livelli di neurotrasmettitori nel cervello possono indicare la salute del cervello e malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer (MA). Tuttavia, la barriera emato-encefalica (BBB) protettiva ​​rende difficile introdurre sensori fluorescenti in grado di rilevare queste piccole molecole nel cervello.

Ora, su ACS Central Science dei ricercatori mostrano un modo di imballare questi sensori per farli passare facilmente attraverso la BBB dei topi, consentendo di migliorare le scansioni cerebrali. Con un ulteriore sviluppo, la tecnologia potrebbe aiutare a far avanzare la diagnosi e il trattamento del MA per gli umani.

È comune che i livelli dei neurotrasmettitori diminuiscano con l'età, ma livelli bassi del neurotrasmettitore adenosina trifosfato (ATP) possono essere un'indicazione del MA. Per misurare la posizione e la quantità di ATP nel cervello, i ricercatori hanno sviluppato sensori fluorescenti da pezzi di DNA chiamati aptameri che si illuminano quando si legano a una molecola bersaglio.

Sono stati sviluppati metodi per portare questi sensori dal flusso sanguigno al cervello, ma la maggior parte contiene componenti sintetici che non possono attraversare facilmente la BBB. Per sviluppare sensori per le scansioni cerebrali dal vivo, il professore di chimica Yi Lu e i colleghi della University of Texas di Austin hanno incapsulato un sensore ATP aptamero in vescicole microscopiche derivate da cellule cerebrali chiamate esosomi.

Hanno testato il nuovo sistema di consegna dei sensori in modelli di laboratorio della BBB e in topi modello del MA. Il modello di laboratorio della BBB consisteva in uno strato di cellule endoteliali sopra una soluzione contenente cellule cerebrali. Gli esosomi carichi di sensori dei ricercatori erano quasi 4 volte più efficienti rispetto ai sistemi convenzionali di erogazione del sensore per passare attraverso la barriera endoteliale e rilasciare il sensore fluorescente nelle cellule cerebrali.

Ciò è stato confermato misurando il livello di fluorescenza indotta da ATP. Successivamente, il team di Lu ha iniettato nei topi modello del MA esosomi carichi di sensori o sensori liberamente fluttuanti. Misurando i segnali di fluorescenza nei topi, i ricercatori hanno scoperto che i sensori fluttuanti sono rimasti principalmente nel sangue, nel fegato, nei reni e nei polmoni, mentre i sensori inviati tramite esosomi si sono accumulati nel cervello.

Nei topi modello di MA, i sensori introdotti via esosomi hanno identificato la posizione e la concentrazione di ATP in diverse regioni del cervello. In particolare, si sono osservati livelli bassi di ATP nelle regioni del cervello dell'ippocampo, della corteccia e del subiculo, che sono indicative della malattia.

I ricercatori affermano che i loro sensori ATP-reattivi caricati da esosomi si dimostrano promettenti per le scansioni cerebrali in vivo, non invasive, e potrebbero essere ulteriormente sviluppati per creare sensori per una serie di neurotrasmettitori clinicamente rilevanti.