Mit Wasser-Molekülen zu entsperren Neuronen “ Geheimnisse

Neuronen sind Gehirnzellen, die miteinander kommunizieren durch senden Elektrochemische Signale entlang der Axone. Wenn ein neuron ist die Freigabe ein signal-in form einer elektrischen Ladung-es ermöglicht die Ionen übergeben durch dessen Membran über Ionenkanäle. Diesen Ionenaustausch entsteht eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Innenseite und Außenseite der Zelle, und die Differenz bezeichnet man als membranpotential.

Ein team von Forschern am Labor für grundlegende Biophotonik (LBP) innerhalb EPFL School of Engineering (STI) hat kommen mit einem Weg, um die überwachung der änderungen im membranpotential und zu beobachten ionenflüssen durch die Untersuchung des Verhaltens der Wassermoleküle in der Umgebung der Membranen der Neuronen. Die Forscher, die sich erfolgreich testeten Ihre Methode auf in-vitro-Maus-Neuronen haben soeben veröffentlicht Ihre Forschungsergebnisse in „Nature Communications“.

Nicht mehr Elektroden oder fluorophore

Ein besseres Verständnis der elektrischen Aktivität von Neuronen, könnte Einblick in eine Reihe von Prozessen in unserem Gehirn. Zum Beispiel, Wissenschaftler sehen könnte, ob ein neuron aktiv ist oder ruht, oder, wenn es reagiert auf medikamentöse Behandlung. Bis jetzt, der einzige Weg, um zu überwachen Neuronen wurde durch die Injektion von Fluoreszenz-in oder anbringen von Elektroden auf, die Teil des Gehirns, die er studiert — aber fluorophore können giftig sein, und die Elektroden können zu Schäden der Nervenzellen.

Vor kurzem, der LBP entwickelten die Forscher eine Möglichkeit der Nachverfolgung von elektrischer Aktivität in Neuronen, die einfach durch den Blick auf die Wechselwirkungen zwischen Wasser-Molekülen und den neuronalen Membranen. „Neuronen sind umgeben von Wasser-Moleküle, die Veränderung Orientierung in der Gegenwart eine elektrische Ladung“, sagt Sylvie Roke, Leiterin des LBP. „Wenn das Membran-potential-änderungen, die Wasser-Moleküle neu ausrichten-und wir können beobachten, dass.“

In Ihrer Studie, die Forscher verändert die neuronale Membran-potential durch das aussetzen der Neuronen zu einem raschen Einstrom von Kalium-Ionen. Dies führte zu der Ionenkanäle auf den Neuronen “ Oberfläche — die Regeln das membranpotential — zu offen und lassen die Ionen durch. Die Forscher dann drehte Sie den Fluss von Ionen, und die Neuronen freigesetzt, die die Ionen, die Sie aufgegriffen hatten.

Um zu überwachen, diese Aktivität, die Forscher getestet hydratisiert die neuronalen lipid-Membranen durch die Beleuchtung der Zellen mit zwei Laserstrahlen der gleichen Frequenz. Diese Strahlen bestehen aus Femtosekunden-laser-Pulse -Technologie für die im Jahr 2018 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde -, so dass die Wasser-Moleküle auf der Oberfläche der Membran erzeugen Photonen mit unterschiedlicher Frequenz, bekannt als zweite-harmonische Licht.

„Wir sehen sowohl die Grundlagen-und angewandte Auswirkungen unserer Forschung. Es kann nicht nur helfen, uns zu verstehen, die Mechanismen, die das Gehirn nutzt, um Informationen senden, aber es könnte auch reizen, Pharma-Unternehmen, die sich in in-vitro-Produkt testen,“ fügt Roke. „Und jetzt haben wir gezeigt, dass wir analysieren können, ein einzelnes neuron oder eine beliebige Anzahl von Neuronen in einer Zeit.“