Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Naukowcy odkryli metodę analizy noradrenaliny w mózgu

Międzynarodowy zespół naukowców zbadał procesy związane z funkcjonowaniem systemu noradrenaliny w mózgu, który od dawna jest celem leków wykorzystywanych w terapii zespołu nadpobudliwości psychoruchowej, depresji i stanów lękowych. Znane do tej pory techniki używane były głównie do badań elektrofizjologicznych. 

 

 

System noradrenergiczny jest jednym z głównych systemów neuromodulacyjnych mózgu. Rozpoczyna się w dolnej części pnia mózgu w miejscu sinawym (LC), z którego wychodzą aksony unerwiające korę mózgu, korę móżdżku, jądra przykomorowe i podwzgórze, a także droga zstępująca do pnia mózgu. System ten odgrywa znaczącą rolę w procesach aktywacji i zasypiania. Ponadto noradrenalina (NA) jest zaangażowana w regulację reakcji związanych z zapobieganiem utracie informacji oraz procesów emocjonalnych.

Nowe odkrycia

Kluczowy etap badania międzynarodowego zespołu stanowiło opracowanie metodologii ukierunkowanej na rejestrowanie aktywności chemicznej w czasie rzeczywistym za pomocą standardowych elektrod klinicznych, które mają zastosowanie m.in. do monitorowania epilepsji. Wyniki badania nie tylko dostarczają nowych informacji na temat procesów chemicznych w mózgu, co może mieć wpływ na leczenie wielu schorzeń, ale także charakteryzują metodę do pozyskiwania danych dotyczących pracy mózgu, która skupia się na analizie neurochemicznej rejestrowanej za pomocą woltamperometrii u ludzi zachowujących pełną świadomość.

Metoda

Technika woltamperometrii służy do dokonywania odczytów elektrochemicznych w czasie rzeczywistym u gryzoni i innych modeli laboratoryjnych, dzięki czemu możliwy jest wgląd w funkcjonowanie mózgu. W doświadczeniu badacze skupili się na technikach, które zostały już wprowadzone jako standardowe procedury medyczne, chcąc rozszerzyć ich zastosowanie i w ten sposób uzyskać dane dotyczące pracy poszczególnych obszarów mózgowych. Początkowe podejście zespołu wymagało wprowadzenia odpowiednich elektrod z włókna węglowego zaprojektowanych w Instytucie Badań Biomedycznych Fralin dla przytomnych pacjentów poddawanych operacji głębokiej stymulacji mózgu z powodu choroby Parkinsona lub innych zaburzeń. Zespół badawczy wykazał wówczas, że elektrochemię można przeprowadzić przy użyciu elektrod, które mają już standardowe zastosowanie kliniczne i mogą być wykorzystane także do obserwacji niepoddanej dotąd badaniom aktywności mózgu. Naukowcy sugerują, że system LC-NA reguluje pobudzenie i koncentrację u ludzi i stanowi główny cel farmakologiczny w przypadku licznych stanów klinicznych. Z tego względu kluczowe jest zrozumienie jego dokładanej roli zarówno u zdrowych osób, jak i chorych, co jak dotąd utrudniał brak bezpośrednich danych z obszarów mózgu odpowiadających za rozwój tych schorzeń.

Procedura

Badacze wprowadzili elektrody do ciała migdałowatego – obszaru mózgu, który jest powiązany z przetwarzaniem emocjonalnym oraz przekaźnictwem noradrenergicznym, podczas gdy pacjenci oglądali obrazy mające na celu wywołanie u nich różnych stanów poznawczych za pomocą bodźców wpływających na emocje. Różniły się one pod względem pobudzenia (wysokie lub niskie) oraz wartościowości (pozytywne i negatywne). Dzięki temu możliwa była obserwacja zmian poziomu noradrenaliny w odpowiedzi na wystąpienie różnych stanów emocjonalnych. Zgodnie z oczekiwaniami poziomy NA korelowały z intensywnością emocji, szczególnie w przypadku kontaktu z niespodziewanymi obrazami, co podkreśla znaczenie noradrenaliny w przypadku ADHD. Badanie stanowi dowód na to, że monitorowanie neuromodulatorów jest obecnie możliwe przy użyciu elektrod głębinowych wykorzystywanych w standardowym zastosowaniu klinicznym.

Opis badania

Neurochirurg umieścił elektrody głębinowe w poszczególnych obszarach mózgu. Podczas gdy pacjent wykonywał zadanie badawcze, elektroda w wybranym miejscu dokonywała rejestracji woltamperometrycznej. Po zakończeniu monitorowania padaczki neurochirurg eksplantował elektrody, a następnie utworzony został model przewidywania sygnału poprzez wystawienie odpowiedniej elektrody na działanie znakowanych stężeń noradrenaliny, dopaminy, serotoniny i pH w kontrolowanych warunkach in vitro. Aby wygenerować dane dotyczące neuromodulatorów in vivo, model przewidywania sygnału był stosowany do zapisów woltamperometrycznych z mózgu pacjenta.

Badanie stanowi przełom w zrozumieniu aktywności ludzkiego mózgu, ponieważ do tej pory możliwe było wyłącznie częściowe rejestrowanie elektrycznej aktywności mózgu człowieka w różnych warunkach. Od lat neurobiolodzy wykorzystywali elektrody w analizie elektrofizjologii wewnątrzczaszkowej, np. w przypadku padaczki, jednak teraz badacze udowadniają, że można je również stosować w przypadku elektrochemii wewnątrzczaszkowej. Obecnie zademonstrowane techniki będą miały ogromną wartość dla szerokiego zakresu badań, zwłaszcza dotyczących zrozumienia funkcji obwodów ludzkiego mózgu.

Źródła

[1] Dan Bang, Yi Luo, Leonardo S. Barbosa, Seth R. Batten, Beniamino Hadj-Amar, Thomas Twomey, Natalie Melville, Jason P. White, Alexis Torres, Xavier Celaya, Priya Ramaiah, Samuel M. McClure, Gene A. Brewer, Robert W. Bina, Terry Lohrenz, Brooks Casas, Pearl H. Chiu, Marina Vannucci, Kenneth T. Kishida, Mark R. Witcher, P. Read Montague. Noradrenaline tracks emotional modulation of attention in human amygdala. Current Biology, 2023.

[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231023124435.htm

[3] https://strukturamozgu.wordpress.com/2014/12/05/mozgowe-systemy-biochemiczne/

Fot. https://pixabay.com/pl/illustrations/neurony-kom%C3%B3rki-m%C3%B3zgowe-7433381/

KOMENTARZE
news

<Kwiecień 2024>

pnwtśrczptsbnd
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1
2
3
4
5
Newsletter