Técnicas de imagen basadas en neurotransmisores

Los métodos de resonancia se pueden utilizar para medir los niveles de neurotransmisores. La espectroscopia de resonancia magnética puede medir los niveles de una gran cantidad de neurotransmisores. Sin embargo, esto siempre se ha visto como una medida bastante estática de los niveles de neurotransmisores, por lo que no se ha utilizado mucho como medida de la actividad neuronal. Sin embargo, Paul Mullinsen la Universidad de Bangor ha estado trabajando usando espectroscopia para medir los niveles de neurotransmisores en diferentes partes del cerebro. Por el trabajo que le he visto presentar hasta ahora, es lo suficientemente sensible como para rastrear los cambios impulsados ​​por estímulos en los niveles de neurotransmisores con un diseño de bloque estándar (es decir, bloques de estimulación de 18 segundos seguidos de 18 segundos de descanso). No estoy muy seguro de si tiene el mismo contraste funcional con el ruido que la respuesta BOLD y definitivamente tiene una resolución espacial más baja que las técnicas BOLD. Este trabajo se está preparando actualmente para su publicación, por lo que no debería decir demasiado.

Referencias

Novotny, EJ, Fulbright, RK, Pearl, PL, Gibson, KM y Rthman DL (2003). Espectroscopía de resonancia magnética de neurotransmisores en el cerebro humano, Annals of Neurology, 54, S25-S31. Pub Med .

Encontré un ejemplo de un sistema que los investigadores pretenden usar en el futuro para determinar el nivel de actividad de los neurotransmisores en el cerebro mediante resonancia magnética. Estabas en el camino correcto con la utilidad de la hemoglobina. La molécula utilizada es algo similar. Comprender cómo se generaron las sondas requiere un pequeño desvío biológico.

Hay enzimas en el cuerpo conocidas como citocromos P450 , llamados así porque se observó que absorben luz en el rango de 450 nm. Están unidos a la membrana (p. ej., en las mitocondrias) y uno de sus propósitos principales es llevar a cabo reacciones de monooxigenasa , y los P450 basados ​​en el hígado son responsables de gran parte del metabolismo de los fármacos que ocurre en el cuerpo. Entonces, diferentes clases de estas enzimas tienen una alta afinidad por ciertas moléculas. La característica más importante que poseen los P450 es un grupo hemo, que es paramagnético y producirá una señal en una resonancia magnética.

Estas enzimas P450 también se encuentran en bacterias, que se pueden usar fácilmente como banco de pruebas debido a su rápida división celular. Lo que estos científicos han hecho es mutar bacterias repetidamente y probar la afinidad de los P450 de los mutantes resultantes por varias moléculas (en este caso, serotonina y dopamina).

Entonces, al retener un cultivo de la bacteria, los científicos pueden producir en masa los grupos hemo mutados de los P450 bacterianos. Presumiblemente, una vez que se determina la secuencia de la subunidad, podría crearse utilizando técnicas estándar.

Quedan algunos desafíos. Principalmente, se deberá verificar la seguridad de las sondas y se deberán tomar medidas para convertirlas en agentes de contraste de resonancia magnética robustos y garantizar que puedan localizarse y persistir en el cerebro durante la prueba. Presumiblemente, las correlaciones adecuadas entre la intensidad de la señal y la concentración del transmisor local pueden establecerse con estudios in vitro . Parece que estamos bastante cerca de métodos no invasivos para medir los niveles de neurotransmisores.

Reproducido de aquí

Brustad, EM, Lelyveld, VS, et al (2012). Evolución dirigida guiada por la estructura de sensores de imágenes por resonancia magnética altamente selectivos basados ​​en P450 para dopamina y serotonina. Journal of Molecular Biology, en prensa , doi .

Es un poco un arte, actualmente. La siguiente es una técnica que presencié en un laboratorio que toma registros electrofisiológicos de los sistemas nerviosos de renacuajos y ratas.

El laboratorio con el que trabajé entrena a la neurona, registra su actividad eléctrica (en una serie de pruebas de drogas) e inyecta un marcador que entra en la neurona (una proteína similar a GFP que se une a los precursores de la serotonina o la dopamina o GABA y brilla en fotos). Luego marcan el tejido cerebral y la grabación para que se asocien, luego, después de tener un montón de grabaciones, observan todos los tejidos cerebrales y ven cuáles expresaron dopamina, GABA o serotonina.

Ahora pueden asociar el comportamiento electrofisiológico con un neurotransmisor particular.

Además de esto, se conoce una anatomía neuroquímica general . Las neuronas serotoninérgicas solo se encuentran en el tronco encefálico, por ejemplo, y la dopamina solo se encuentra en la sustancia negra pars compacta, el área tegmental ventral y el hipotálamo y tiene cuatro tipos diferentes de proyecciones a otros cuerpos celulares.

Por supuesto, como prueba, los revisores siguen prefiriendo la tinción (como se describe anteriormente).