Nuevo dispositivo para medir el pH del cerebro con mayor precisión espacial y temporal

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Revisado por Kate Anderton, B.Sc. (Editor) – Aunque una serie de técnicas pueden rastrear los cambios en el pH en el cerebro, las mediciones precisas no han sido posibles previamente. Ahora, sin embargo, los investigadores en Japón han desarrollado un método novedoso para examinar el pH cerebral que puede conducir a nueva información sobre el papel del pH en la señalización cerebral.

En un estudio publicado este mes en Nature Communications , investigadores del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas en Okazaki y la Universidad Tecnológica de Toyohashi en Toyohashi revelaron su nuevo diseño para una sonda para medir el pH del cerebro con una mayor precisión espacial y temporal en comparación con las técnicas anteriores.

El hallazgo reciente de que el pH juega un papel en la neurotransmisión indica que los cambios de pH pueden tener consecuencias importantes para la función cerebral normal y las condiciones patológicas del cerebro. Sin embargo, los métodos existentes para medir el pH del cerebro tienen baja resolución espacial y temporal, como la resonancia magnética, o están limitados porque solo pueden medir el pH en un solo punto, es decir, microelectrodos.

Como resultado, la implicación detallada del pH en la neurotransmisión permanece sin examinar. Para abordar esto, los investigadores del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas en Okazaki y la Universidad Tecnológica de Toyohashi en Toyohashi desarrollaron un sensor especial para examinar la actividad del pH a nivel de los circuitos neuronales.

El nuevo dispositivo sensor de imagen de protones se basó en nuestro sensor anterior, pero se optimizó específicamente para análisis cerebrales in vivo en ratones “. – Hiroshi Horiuchi, uno de los autores principales del estudio.

“Esto nos permitió examinar los cambios en el pH del cerebro, que se mide de acuerdo con la concentración de protones, durante la exposición a estímulos en una tarea de experiencia visual”, agrega Masakazu Agetsuma, el otro autor principal del estudio.

El nuevo dispositivo fue diseñado para ser más pequeño que la sonda anterior, de modo que causaría un daño mínimo a las regiones del cerebro que rodean la sonda. Cuando los investigadores probaron el dispositivo, encontraron que las modificaciones no parecían afectar la funcionalidad.

“Los datos indican que nuestro biosensor puede medir los cambios en el pH que ocurren en una escala de micrómetros y milisegundos en un área amplia”, explica Kazuaki Sawada, coautor correspondiente. “Como resultado, fue posible utilizar la sonda para correlacionar distintos patrones espaciales de cambios de pH en la corteza visual primaria del ratón con patrones específicos de estímulo visual”.

El sensor de imagen de protones pudo descubrir distintos patrones de cambios de pH en la corteza visual primaria que fueron inducidos por cada uno de los ocho patrones de estímulo diferentes.

“El hecho de que encontramos alteraciones en el pH a una resolución de escala micrométrica sugiere que los cambios de pH pueden estar involucrados en el ajuste de la actividad cerebral”, dice Junichi Nabekura, autor principal. “Esto puede ser clínicamente importante dado que se ha descubierto que los pacientes con trastornos psicológicos, como la esquizofrenia y el trastorno bipolar, tienen niveles anormales de pH cerebral”.

El hecho de que la sonda se haya utilizado con éxito para observar la dinámica biológica del pH indica que puede tener aplicaciones potenciales en una amplia gama de investigaciones biológicas. En particular, el sensor de imagen de protones puede ser útil para examinar la relación entre la disfunción del pH celular y diversas patologías.

Fuente: Institutos Nacionales de Ciencias Naturales

Referencia del diario: Horiuchi, H. y col. (El sensor de bioimagen basado en CMOS 2020 resuelve espacialmente la dinámica de protones dependiente de la actividad neuronal en el cerebro vivo. Nature Communications . Doi.org/10.1038/s41467-020-14571-y .

Vía: News-medical