New Sensor Memungkinkan peneliti untuk Melacak Dopamin di Otak
TOPIK: ScienceDiseaseEngineeringHealthMaterials Kognitif ScienceMedicineMIT
3 Maret 2017
Sebuah tim peneliti di MIT telah menemukan teknik baru untuk mengukur dopamin di otak yang jauh lebih tepat dari sebelumnya, yang seharusnya memungkinkan para ilmuwan untuk mendapatkan informasi tentang peran dopamin dalam belajar, memori, dan emosi.
Dopamin adalah salah satu dari banyak neurotransmitter yang neuron dalam penggunaan otak untuk berkomunikasi satu sama lain. Sebelumnya sistem untuk mengukur neurotransmiter ini telah dibatasi dalam berapa lama mereka memberikan pembacaan yang akurat dan berapa banyak dari otak mereka dapat menutupi. Perangkat MIT baru, array elektroda karbon kecil, mengatasi kedua rintangan.
"Tidak ada yang benar-benar diukur perilaku neurotransmitter di skala spasial dan skala waktu. Memiliki alat seperti ini akan memungkinkan kita untuk mengeksplorasi potensi penyakit yang berhubungan dengan neurotransmitter, "kata Michael Cima, David H. Koch Profesor Teknik di Departemen Ilmu dan Teknik Material, anggota dari MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research, dan penulis senior studi tersebut.
Selanjutnya, karena array sangat kecil, memiliki potensi untuk akhirnya diadaptasi untuk digunakan pada manusia, untuk memantau apakah terapi yang ditujukan untuk tingkat dopamin meningkatkan berhasil. Banyak gangguan otak manusia, terutama penyakit Parkinson, terkait dengan disregulasi dopamin.
"Sekarang stimulasi otak dalam sedang digunakan untuk mengobati penyakit Parkinson, dan kami menganggap bahwa stimulasi yang entah bagaimana resupplying otak dengan dopamin, tapi tidak ada yang benar-benar diukur itu," kata Helen Schwerdt, Postdoc Koch Institute dan penulis utama dari kertas, yang muncul dalam jurnal Lab pada Chip.
Mempelajari striatum
Untuk proyek ini, lab Cima ini bekerja sama dengan David H. Koch Institute Profesor Robert Langer, yang memiliki sejarah panjang dari penelitian pemberian obat, dan Institut Profesor Ann Graybiel, yang telah mempelajari peran dopamin dalam otak selama beberapa dekade dengan fokus khusus pada daerah otak yang disebut striatum. sel yang memproduksi dopamin dalam striatum sangat penting untuk pembentukan kebiasaan dan pembelajaran reward-diperkuat.
Sampai saat ini, ahli saraf telah digunakan elektroda karbon dengan diameter batang sekitar 100 mikron untuk mengukur dopamin di otak. Namun, ini hanya dapat digunakan andal untuk sekitar satu hari karena mereka menghasilkan jaringan parut yang mengganggu kemampuan elektroda 'untuk berinteraksi dengan dopamin, dan jenis-jenis film mengganggu juga dapat terbentuk pada permukaan elektroda dari waktu ke waktu. Selain itu, hanya ada sekitar 50 persen kemungkinan bahwa elektroda tunggal akan berakhir di tempat di mana ada dopamin terukur, Schwerdt kata.
Tim MIT dirancang elektroda yang hanya 10 mikron diameter dan menggabungkannya ke dalam array dari delapan elektroda. Ini elektroda halus kemudian dibungkus dalam sebuah polimer yang kaku disebut PEG, yang melindungi mereka dan membuat mereka membelokkan saat mereka memasuki jaringan otak. Namun, PEG dilarutkan selama penyisipan sehingga tidak masuk ke otak.
Ini elektroda kecil mengukur dopamin dengan cara yang sama bahwa versi yang lebih besar. Para peneliti menerapkan tegangan berosilasi melalui elektroda, dan ketika tegangan pada titik tertentu, setiap dopamin di sekitarnya mengalami reaksi elektrokimia yang menghasilkan arus listrik terukur. Dengan menggunakan teknik ini, kehadiran dopamine dapat dipantau di rentang waktu milidetik.
Menggunakan array ini, para peneliti menunjukkan bahwa mereka bisa memantau kadar dopamin di banyak bagian striatum sekaligus.
"Apa yang memotivasi kami untuk mengejar high-density ini array yang adalah fakta bahwa sekarang kita memiliki kesempatan yang lebih baik untuk mengukur dopamin di striatum, karena sekarang kita memiliki delapan atau 16 probe di striatum, bukan hanya satu," kata Schwerdt.
Para peneliti menemukan bahwa kadar dopamin sangat bervariasi di seluruh striatum. Ini tidak mengherankan, karena mereka tidak mengharapkan seluruh wilayah akan terus bermandikan dopamin, tetapi variasi ini telah sulit untuk menunjukkan karena metode sebelumnya diukur hanya satu daerah pada suatu waktu.
Bagaimana belajar terjadi
Para peneliti kini melakukan tes untuk melihat berapa lama elektroda ini dapat terus memberikan sinyal terukur, dan sejauh perangkat telah terus bekerja sampai dua bulan. Dengan jenis penginderaan jangka panjang, para ilmuwan harus dapat melacak perubahan dopamine selama jangka waktu yang lama, seperti kebiasaan terbentuk atau keterampilan baru dipelajari.
"Kami dan orang lain telah berjuang dengan mendapatkan pembacaan jangka panjang yang baik," kata Graybiel, yang merupakan anggota dari MIT McGovern Institute for Brain Research. "Kita harus mampu untuk mengetahui apa yang terjadi pada dopamine pada model tikus dari gangguan otak, misalnya, atau apa yang terjadi pada dopamin ketika hewan belajar sesuatu."
Dia juga berharap untuk mempelajari lebih lanjut tentang peran struktur dalam striatum yang dikenal sebagai striosomes. kelompok ini dari sel, ditemukan oleh Graybiel bertahun-tahun yang lalu, didistribusikan di seluruh striatum. karya terbaru dari lab-nya menunjukkan bahwa striosomes terlibat dalam pengambilan keputusan yang menginduksi kecemasan.
Penelitian ini merupakan bagian dari kerjasama yang lebih besar antara Cima dan laboratorium Graybiel yang juga termasuk upaya untuk mengembangkan perangkat pengiriman obat suntik untuk mengobati gangguan otak.
"Apa yang menghubungkan semua studi ini bersama-sama adalah kita mencoba untuk menemukan cara untuk kimia antarmuka dengan otak," kata Schwerdt. "Jika kita dapat berkomunikasi secara kimia dengan otak, itu membuat perawatan kami atau pengukuran kami lebih banyak fokus dan selektif, dan kita dapat lebih memahami apa yang terjadi."
Penulis lain kertas adalah McGovern Institute penelitian para ilmuwan Minjung Kim, Satoko Amemori, dan Hideki Shimazu; McGovern Institute Postdoc Daigo Homma; McGovern Institute teknis asosiasi Tomoko Yoshida; dan pasca sarjana Harshita Yerramreddy dan Ekin Karasan.
Penelitian ini didanai oleh National Institutes of Health, National Institute of Biomedical Imaging dan Bioengineering, dan National Institute of Neurological Gangguan dan Stroke.
Publikasi:. Helen N. Schwerdt, et al, "probe subselular untuk merekam neurokimia dari beberapa situs otak," Lab Chip 2017, Muka Pasal; DOI: 10,1039 / C6LC01398H
Erwin Widianto
I am a Content Creator and SEO Specialist from West Java, Indonesia who started a career in Digital Marketing since 2017 until now.
