Новый оптический наносенсор повышает точность картирования мозга и открывает путь для новых применений

Новый оптический наносенсор, позволяющий более точно измерять и строить пространственно-временные карты мозга, также указывает путь к разработке будущих мультимодальных сенсоров и более широкому спектру применений. Об этом сообщают исследователи в статье, опубликованной в текущем выпуске журнала Neurophotonics (издаётся SPIE, международным обществом оптики и фотоники).

Нейронная активность приводит к выбросу ионизированного калия (K⁺) во внеклеточное пространство. При активных физиологических и патологических условиях повышенный уровень калия необходимо быстро регулировать для обеспечения последующей активности. Это включает диффузию калия через внеклеточное пространство, а также его обратный захват нейронами и астроцитами.

Измерение уровня калия, высвобождаемого во время нейронной активности, ранее проводилось с помощью калий-чувствительных микроэлектродов, что позволяло проводить только точечные измерения с неопределённым пространственным разрешением во внеклеточном пространстве.

Используя дизайн наносенсора, чувствительного к ионам калия и основанного на флуоресцентной визуализации, исследовательская группа из Университета Лозанны смогла преодолеть такие проблемы, как чувствительность к малым движениям или дрейфу и диффузии красителей в изучаемой области. Это повысило точность и позволило получить доступ к ранее недоступным областям мозга.

Работа Джоэла Уэллборн-Вуда, Терезы Риммеле и Жан-Ива Шаттона представлена в статье "Imaging extracellular potassium dynamics in brain tissue using a potassium-sensitive nanosensor". Статья находится в открытом доступе.

"Это технологический прорыв, который обещает пролить новый свет — как в прямом, так и в переносном смысле — на понимание гомеостаза мозга", — сказал ассоциированный редактор Neurophotonics Джордж Августин из Университета Дьюка. "Этот метод не только гораздо менее инвазивен, чем предыдущие, но и добавляет важное пространственное измерение к исследованиям роли ионов калия в функции мозга".

Как отмечают авторы, этот калий-чувствительный наносенсор, вероятно, поможет в будущих исследованиях химических механизмов и их взаимодействий в мозге. Пространственно-временная визуализация, создаваемая собранными данными, также позволит исследовать возможное существование калиевых микродоменов вокруг активированных нейронов и их пространственную протяжённость. Исследование подтверждает практическую применимость наносенсора для визуализации во внеклеточном пространстве, а также подчёркивает широкий спектр возможных расширений и применений данной сенсорной стратегии.