Neurotransmitter-basierte bildgebende Verfahren

Resonanzmethoden können verwendet werden, um Neurotransmitterspiegel zu messen. Die Magnetresonanzspektroskopie kann die Spiegel einer großen Anzahl von Neurotransmittern messen. Dies wurde jedoch immer als ziemlich statisches Maß für Neurotransmitterspiegel angesehen und wurde daher nicht weithin als Maß für neuronale Aktivität verwendet. Aber Paul Mullinsan der Bangor University hat einige Arbeiten mit Spektroskopie durchgeführt, um die Neurotransmitterspiegel in verschiedenen Teilen des Gehirns zu messen. Von der Arbeit, die ich bisher bei ihm gesehen habe, ist es empfindlich genug, um stimulusgesteuerte Veränderungen der Neurotransmitter-Spiegel mit einem standardmäßigen blockierten Design (dh 18 Sekunden Stimulationsblöcke gefolgt von 18 Sekunden Ruhe) zu verfolgen. Ich bin mir nicht sicher, ob es das gleiche funktionale Kontrast-Rausch-Verhältnis wie die BOLD-Reaktion hat, und es hat definitiv eine niedrigere räumliche Auflösung als BOLD-Techniken. Diese Arbeit wird derzeit für die Veröffentlichung vorbereitet, daher sollte ich nicht zu viel sagen.

Verweise

Novotny, EJ, Fulbright, RK, Pearl, PL, Gibson, KM, & Rthman DL (2003). Magnetresonanzspektroskopie von Neurotransmittern im menschlichen Gehirn, Annals of Neurology, 54, S25-S31. PubMed .

Ich habe ein Beispiel für ein System gefunden, das Forscher in Zukunft verwenden wollen, um das Niveau der Neurotransmitteraktivität im Gehirn mithilfe von MRT zu bestimmen. Mit dem Nutzen von Hämoglobin waren Sie auf dem richtigen Weg. Das verwendete Molekül ist etwas ähnlich. Um zu verstehen, wie die Sonden erzeugt wurden, ist ein kleiner biologischer Umweg nötig.

Es gibt Enzyme im Körper, die als P450-Cytochrome bekannt sind, so benannt, weil beobachtet wurde, dass sie Licht im 450-nm-Bereich absorbieren. Sie sind membrangebunden (z. B. in den Mitochondrien) und einer ihrer Hauptzwecke ist die Durchführung von Monooxygenase -Reaktionen, und P450 auf Leberbasis sind für einen Großteil des Arzneimittelstoffwechsels im Körper verantwortlich. Verschiedene Klassen dieser Enzyme haben also eine hohe Affinität zu bestimmten Molekülen. Die wichtigste Eigenschaft, die die P450 besitzen, ist eine Häm-Gruppe, die paramagnetisch ist und in einem MRI ein Signal erzeugt.

Diese P450-Enzyme kommen auch in Bakterien vor, die aufgrund ihrer schnellen Zellteilung gut als Testbett dienen können. Diese Wissenschaftler haben wiederholt Bakterien mutiert und die Affinität der P450s der resultierenden Mutanten für verschiedene Moleküle (in diesem Fall Serotonin und Dopamin) getestet.

Wenn also eine Kultur der Bakterien erhalten bleibt, können Wissenschaftler die mutierten Häm-Gruppen aus den bakteriellen P450s in Massenproduktion herstellen. Vermutlich könnte, sobald die Sequenz der Untereinheit bestimmt ist, sie unter Verwendung von Standardtechniken erzeugt werden.

Einige Herausforderungen bleiben. In erster Linie müssen die Sonden auf ihre Sicherheit überprüft und Maßnahmen ergriffen werden, um sie zu robusten MRT-Kontrastmitteln zu machen und sicherzustellen, dass sie für die Dauer des Tests im Gehirn lokalisiert und dort verbleiben können. Vermutlich lassen sich mit In-vitro - Studien die richtigen Korrelationen zwischen Signalstärke und lokaler Senderkonzentration herstellen. Es hört sich so an, als wären wir nicht-invasiven Methoden zur Messung des Neurotransmitterspiegels ziemlich nahe.

Ab hier wiedergegeben

Brustad, EM, Lelyveld, VS, et al. (2012). Strukturgesteuerte gerichtete Evolution von hochselektiven P450-basierten Magnetresonanztomographiesensoren für Dopamin und Serotonin. Journal of Molecular Biology, im Druck , doi .

Es ist derzeit ein bisschen eine Kunst. Das Folgende ist eine Technik, die ich in einem Labor gesehen habe, das elektrophysiologische Aufzeichnungen von Kaulquappen- und Rattennervensystemen macht.

Das Labor, mit dem ich zusammengearbeitet habe, nimmt das Neuron mit, zeichnet seine elektrische Aktivität auf (in einer Reihe von Drogentests) und injiziert einen Marker, der in das Neuron gelangt (ein GFP-ähnliches Protein, das an Vorläufer für Serotonin oder Dopamin oder GABA bindet und leuchtet Bilder). Dann markieren sie das Gehirngewebe und die Aufzeichnung, damit sie zugeordnet werden können, und nachdem sie eine Reihe von Aufzeichnungen haben, schauen sie sich alle Gehirngewebe an und sehen, welche Dopamin, GABA oder Serotonin exprimierten.

Nun können sie elektrophysiologisches Verhalten einem bestimmten Neurotransmitter zuordnen.

Darüber hinaus ist eine allgemeine neurochemische Anatomie bekannt. Serotonerge Neuronen kommen zum Beispiel nur im Hirnstamm vor und Dopamin kommt nur in der Substantia nigra pars compacta, im ventralen Tegmentalbereich und im Hypothalamus vor und hat vier verschiedene Arten von Projektionen zu anderen Zellkörpern.

Natürlich wird zum Nachweis die Färbung (wie oben beschrieben) von den Gutachtern immer noch bevorzugt.