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De nouveaux capteurs permettent une mesure précise de la dopamine


La dopamine est une molécule de signalisation importante pour les cellules nerveuses. Jusqu’à présent, sa concentration ne pouvait pas être déterminée avec précision avec une résolution spatiale ou temporelle élevée. Une nouvelle méthode a maintenant rendu cela probable : une équipe de recherche de Bochum, Göttingen et Duisburg a utilisé des nanotubes de carbone modifiés qui brillent furthermore fort en présence de la substance messagère dopamine. Ces capteurs visualisent la libération de dopamine des cellules nerveuses avec une résolution sans précédent. Les chercheurs dirigés par le professeur Sebastian Kruss du département de chimie physique de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et le Dr James Daniel ainsi que le professeur Nils Brose de l’Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires de Göttingen rapportent à ce sujet dans la revue PNAS du 25 Mai 2022.

Changements de fluorescence en présence de dopamine

La dopamine, un neurotransmetteur, contrôle entre autres le centre de récompense du cerveau. Si cette transmission du signal ne fonctionne moreover, cela peut entraîner des difficulties tels que la maladie de Parkinson. De in addition, les signaux chimiques sont altérés par des drogues telles que la cocaïne et jouent un rôle dans les troubles liés à la toxicomanie. “Cependant, jusqu’à présent, il n’existait aucune méthode permettant de visualiser simultanément les signaux de la dopamine avec une résolution spatiale et temporelle élevée”, explique Sebastian Kruss, responsable du groupe Interfaces fonctionnelles et biosystèmes au RUB et membre du Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence ( RESOLV) et l’Ecole Supérieure Internationale des Neurosciences (IGSN).

C’est là que les nouveaux capteurs entrent en jeu. Ils sont basés sur des tubes de carbone ultra-fins, environ 10 000 fois furthermore fins qu’un cheveu humain. Lorsqu’ils sont irradiés avec de la lumière noticeable, ils brillent dans le proche infrarouge avec des longueurs d’onde de 1 000 nanomètres et additionally. “Cette gamme de lumière n’est pas seen à l’œil humain. explique Kruss. De furthermore, il y a beaucoup moins de signaux de fond dans cette plage qui peuvent fausser le résultat.



“Nous avons systématiquement modifié cette propriété en liant différentes séquences courtes d’acides nucléiques aux nanotubes de carbone de manière à ce qu’elles changent de fluorescence lorsqu’elles entrent en get hold of avec des molécules définies”, explique Sebastian Kruss. C’est ainsi que son groupe de recherche a réussi à transformer des nanotubes de carbone en minuscules nanocapteurs qui se lient spécifiquement à la dopamine et émettent une fluorescence additionally ou moins forte selon la concentration de dopamine. “Nous avons immédiatement réalisé que de tels capteurs seraient intéressants pour la neurobiologie”, explique Kruss.

Revêtement des cellules nerveuses saines avec une couche de capteur

Pour ce faire, les capteurs doivent être déplacés à proximité de réseaux neuronaux fonctionnels. Le Dr Sofia Elizarova et James Daniel de l’Institut Max Planck des sciences multidisciplinaires de Göttingen ont développé pour cela des situations de culture cellulaire, dans lesquelles les cellules nerveuses restent saines et peuvent être recouvertes d’une couche extrêmement good de capteurs. Cela a permis aux chercheurs de visualiser pour la première fois des événements individuels de libération de dopamine le lengthy des structures neuronales et de mieux comprendre les mécanismes de libération de dopamine.



Kruss, Elizarova et Daniel sont convaincus que les nouveaux capteurs ont un énorme potentiel : “Ils fournissent de nouvelles informations sur la plasticité et la régulation des signaux de dopamine”, déclare Sofia Eizarova. “A prolonged terme, ils pourraient également faciliter les progrès dans le traitement de maladies telles que la maladie de Parkinson.” De additionally, d’autres capteurs sont actuellement en cours de développement avec lesquels d’autres molécules de signalisation peuvent être rendues visibles, par exemple pour identifier des agents pathogènes.

Partenaires de coopération

L’étude a été menée par des chercheurs de la chimie physique II de la Ruhr-Universität Bochum et de l’Institut Max Planck des sciences multidisciplinaires de Göttingen, des équipes de l’Institut de chimie physique de l’Université de Göttingen, du Centre de physiologie intégrative et de médecine moléculaire de l’Université de la Sarre et du Institut Fraunhofer pour les circuits et systèmes microélectroniques à Duisburg.