Los niveles de neurotransmisores en el cerebro pueden indicar salud mental y enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Sin embargo, la barrera protectora hematoencefálica (BBB) dificulta la entrega de sensores fluorescentes que puedan detectar estas pequeñas moléculas en el cerebro. Ahora, a los investigadores. Ciencia central de ACS muestran una manera de empaquetar estos sensores para que pasen fácilmente a través de la BBB en ratones, lo que permite obtener mejores imágenes del cerebro. Con un mayor desarrollo, la tecnología podría ayudar a avanzar en el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.
La disminución de los niveles de neurotransmisores es común con la edad, pero los niveles bajos del neurotransmisor trifosfato de adenosina (ATP) pueden ser indicativos de la enfermedad de Alzheimer. Para medir la ubicación y la cantidad de ATP en el cerebro, los investigadores han fabricado sensores fluorescentes a partir de fragmentos de ADN llamados aptámeros que se iluminan cuando se unen a una molécula objetivo. Se han desarrollado métodos para llevar estos sensores desde el torrente sanguíneo al cerebro, pero la mayoría contiene componentes sintéticos que no pueden cruzar fácilmente la BHE. Para desarrollar el sensor para imágenes cerebrales en vivo, Ye Lu y sus colegas encapsularon un sensor de aptámero de ATP en vesículas microscópicas derivadas de células cerebrales llamadas exosomas. Probaron el nuevo sistema de administración de sensores en modelos de laboratorio de BBB y en modelos de ratón con enfermedad de Alzheimer.
El modelo de laboratorio BBB consistía en una capa de células endoteliales encima de una solución que contenía células cerebrales. Los exosomas cargados con sensores de los investigadores fueron casi cuatro veces más eficientes que los sistemas de administración de sensores convencionales para cruzar la barrera endotelial y liberar el sensor fluorescente en las células cerebrales. Esto se confirmó midiendo el nivel observado de fluorescencia inducida por la unión de ATP. A continuación, el equipo de Lu inyectó modelos de ratón con enfermedad de Alzheimer con exosomas cargados de sensores o sensores descargados que flotaban libremente. Al medir las señales de fluorescencia en ratones, los investigadores descubrieron que los sensores flotantes estaban presentes principalmente en la sangre, el hígado, los riñones y los pulmones, mientras que los sensores proporcionados por los exosomas se acumulaban en el cerebro.
En modelos murinos de la enfermedad de Alzheimer, sensores colocados en exosomas identificaron la ubicación y concentración de ATP en diferentes regiones del cerebro. Específicamente, observaron niveles bajos de ATP en las regiones del hipocampo, la corteza y el subículo del cerebro, que son indicativos de la enfermedad. Los investigadores dicen que sus sensores reactivos a ATP cargados con exosomas son prometedores para la obtención de imágenes cerebrales en vivo no invasivas y pueden desarrollarse aún más para crear sensores para una variedad de neurotransmisores clínicamente relevantes.
Los autores agradecen la financiación de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de EE. UU., la Fundación Welch, el Programa de Capacitación en Interfaz Química-Biología de los NIH de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y una beca de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias.
