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Medizin

Nanosensoren messen Dopaminsignal­übertragung zwischen Nervenzellen

Freitag, 17. Juni 2022

/k_e_n, stock.adobe.com

Göttingen – Einer Arbeitsgruppe des Max-Planck-Instituts (MPI) für Multidisziplinäre Naturwissenschaften in Göttingen ist es gelungen, die Freisetzung von Dopamin aus Nervenzellen sehr genau zu messen. Das neue Verfahren macht es laut den Forschenden möglich, die Dopaminsignalübertragung und dessen Störungen besser zu verstehen. Die Arbeit ist in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen (DOI: 10.1073/pnas.2202842119).

Der Botenstoff Dopamin spielt eine zentrale Rolle im menschlichen Gehirn. Sind Dopaminnervenzellen in ihrer Funktion beeinträchtigt, führt dies zu neuropsychiatrischen Störungen wie Suchterkrankungen oder Schizophrenie. Das Absterben von Dopaminnervenzellen löst die Parkinsonkrankheit aus.

Das Nachweisverfahren beruht auf veränderten sogenannten Nanoröhrchen, die Dopamin binden und dadurch heller fluoreszent leuchten. Die Röhrchen bestehen aus Kohlenstoffatomen und sind dünner als ein Nanometer, also rund 1/100.000 Mal so dünn wie ein menschliches Haar.

„Wir haben verschiedene kurze DNA-Abschnitte an die Röhrchen gekoppelt, sodass sie ihre Fluoreszenz ändern, wenn sie mit bestimmten Molekülen in Kontakt kommen“, erläutert Sebastian Kruss aus der Göttinger Gruppe. So könnten die Kohlenstoffnanoröhrchen als Sensoren eingesetzt werden.

Für das neue Verfahren sind aber nicht nur die Kohlenstoffnanoröhrchen erforderlich, sondern auch ein neues Infrarotfluoreszenzmikroskop. Zusammen mit den Neurowissenschaftlern James Daniel und Sofia Elizarova optimierten die Forscher das Verfahren.

„Die Herausforderung in diesem Experiment war, einerseits die Nervenzellen gesund zu halten, und andererseits zum passenden Zeitpunkt einen dichten Teppich von Dopaminsensoren aufzulegen, der über mehrere Tage hinweg empfindlich genug bleibt“, erläutert Elizarova.

Die Arbeitsgruppe konnte aber dann im Detail verfolgen, über welche Mechanismen Dopaminmoleküle entlang der Nervenendigungen freigesetzt werden.

„Wir hoffen, dass unsere neue Methode einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung von Krankheiten leisten wird, die durch Dopaminfehlfunktionen verursacht werden. Darüber hinaus könnten unsere Nanosensoren beispielsweise für andere Signalmoleküle als Sensoren fungieren oder eingesetzt werden, um Nervenzellen von Patienten zu analysieren“, fasst Daniel die Erwartungen des Teams zusammen. © hil/aerzteblatt.de

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