Электрохимический микро сенсор позволяет в реальном времени изучать динамику серотонина в мозге

Дисрегуляция серотонина играет роль во многих психических расстройствах, включая тяжелую депрессию и тревогу. В журнале Angewandte Chemie исследовательская группа представила имплантируемый электрохимический микросенсор, который позволяет изучать динамику серотонина в мозге в режиме реального времени. В отличие от предыдущих датчиков, эти не деактивируются при осаждении продуктов окисления серотонина, поскольку измерение происходит без протекания тока.

Серотонин, также известный как "гормон счастья", является одним из важнейших нейромедиаторов, регулирующих многие процессы в нашем мозге, в частности, наши чувства, а также аппетит, память и сон. Лучшее понимание этих процессов на молекулярном уровне может улучшить диагностику и лечение психических заболеваний. Предыдущие электрохимические методы работали с микроэлектродом, на котором серотонин непосредственно окисляется и измеряется возникающий ток. Однако образующиеся продукты окисления полимеризуются, прилипают к поверхности электрода (обрастание) и быстро деактивируют датчик (потеря сигнала около 90 % в течение 30 минут).

Команда под руководством Ин Цзяна и Ланкун Мао из Пекинского нормального университета и Китайской академии наук (Пекин, Китай) разработала серотониновый сенсор, который обеспечивает чрезвычайно стабильные сигналы даже во время длительных экспериментов, поскольку практически не происходит загрязнения из-за олигомеров серотонина. Метод основан на гальванической редокс-потенциометрии (GRP), которая представляет собой метод нулевого тока.

Основой датчика является крошечный биполярный электрод, который упрощенно можно описать как стержень, один конец которого выступает в измеряемую жидкость, а другой находится в растворе электролита с электрохимическими свойствами, точно подогнанными под молекулу аналита. Электрический контакт устанавливается исключительно через раствор электролита. На одном конце электрода устанавливается электрохимическое равновесие между ионами электролита в различных зарядовых состояниях (в данном случае: IrCl62-/IrCl63-), на другом конце - равновесие между серотонином и его окисленной формой. Используя прибор для измерения напряжения, можно измерить спонтанно установившуюся разность потенциалов относительно электрода сравнения. Эта разность зависит от концентрации серотонина. Поскольку измеряется только напряжение и не протекает ток, практически не происходит осаждения олигомерных продуктов серотонина. Количественные измерения возможны в широком диапазоне концентраций и в течение длительного периода времени.

Датчики, имплантированные в мозг морских свинок, смогли проследить за высвобождением серотонина после стимуляции ионами калия в режиме реального времени. Команда сделала одно интересное наблюдение после введения эсциталопрама, ингибитора обратного захвата серотонина, который часто назначают для лечения тяжелой депрессии и тревожных расстройств. Его активность, по-видимому, в большей степени зависит от замедления процесса поглощения, чем от модуляции внеклеточной концентрации серотонина. Этот вывод может быть важен для лечения психических расстройств.