Исследователи из Университета Тохоку разработали первый миниатюрный pH-зонд для изучения в реальном времени динамики внутреннего внеклеточного pH в глубоких структурах мозга, — пишет sciencesources.eurekalert.org.

В нашем мозгу более миллиардов преданных делу сотрудников — нейронов и глиальных клеток — образуют сложные и эффективные сети, которые постоянно взаимодействуют друг с другом с помощью тонких химических сигналов, чтобы управлять нашим поведенческим результатом.

Химия мозга — это основной язык клеток мозга. В нашем здоровом мозгу химический состав остается относительно нейтральным и должен постоянно регулировать кислотно-щелочные колебания; в противном случае это может привести к хроническим заболеваниям головного мозга, таким как психические заболевания, глиома и судороги. Таким образом, корреляция колебаний pH в головном мозге с сигналами и функциями мозга дает более четкое представление о влиянии pH на то, как работает наш мозг, и как он работает со сбоями в болезненном состоянии.

Однако, несмотря на недавний технический прогресс в области электрических регистраций мозга и технологий химического мониторинга, остаются ограничения в измерении химической сигнализации, особенно pH живых организмов, то есть in vivo.

Исследовательская группа обратилась к этим ограничениям, создав гибридное устройство, которое объединило две разные технологии: прядь тонких волокон с бесшовной интеграцией электрических и оптических функций и химические датчики с точками измерения, определяемыми светом. Комбинация позволяет in vivo детектировать с пространственным разрешением внутреннюю химическую сигнализацию внутри мозга, особенно в более глубоких областях, с высоким пространственным, временным и химическим разрешением.

«Мы использовали процесс термического волочения, который обычно используется в телекоммуникационной отрасли, для изготовления волокон, которые объединяют несколько функций, таких как оптический волновод, электроды и химические каналы», — сказал Юаньюань Го, доцент Института междисциплинарных исследований Frontier Research из Университета Тохоку.

Сотрудничество с профессором Тацуо Йошинобу из Высшей школы биомедицинской инженерии привело к соединению активного компонента — химического датчика со световой адресацией — с волокном для создания универсального гибридного химического сенсорного зонда для обнаружения in vivo тонкие химические изменения в мозге. Первый прототип был ориентирован на определение pH.

Зонд также был протестирован на измерения in vivo благодаря профессору Хадзиме Мусиаке из Высшей школы медицины. Он смог обнаружить незначительные колебания pH в ответ на судороги у крыс.

«Следующим шагом нашей команды является улучшение пространственного, временного и химического разрешения до уровня, соответствующего масштабам внутренней нейрональной динамики, — добавил Гуо. — Наш технологический прорыв расширит наше базовое понимание химии мозга и ее взаимосвязи с функциями мозга».