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Hirnforschung: Magnetisches Protein als Dopaminsensor

Eine neue Methode macht Dopamin im Gehirn sichtbar.
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Eines der wichtigsten Handwerkszeuge der Neurowissenschaft ist die funktionelle Magnetresonanztomografie. Die Hirnscanner messen allerdings nicht die Aktivität der Hirnzellen selbst, sondern die Konzentration des Sauerstoffs im Blut: Wo sie ansteigt, wird vermutlich die meiste Arbeit geleistet. Eine neu entwickelte, ähnlich indirekte Methode soll es nun ermöglichen, die Menge an Dopamin im Gehirn sichtbar zu machen.

Der Neurotransmitter ist neben einer Vielzahl weiterer Aufgaben maßgeblich am Belohnungs- und Motivationssystem des Hirns beteiligt. Auch bei Erkrankungen wie der Alzheimer- oder Parkinsonkrankheit spielt es eine zentrale Rolle.

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Dopaminsensor | Mit diesem maßgeschneiderten Protein wollen Forscher des MIT künftig neue Einblicke in das Gehirn ermöglichen: Das Sensormolekül bindet an den Neurotransmitter Dopamin und ändert daraufhin seine magnetischen Eigenschaften. Die Veränderung kann vom fMRT erkannt werden.
Wo und wann es im Gehirn ausgeschüttet wird, macht das Team um Alan Jasanoff vom Massachusetts Institute of Technology mit Hilfe eines Spezialmoleküls sichtbar, das vor der Aufnahme künstlich im Gehirn angereichert wird. Es bindet an das Dopamin und verändert daraufhin seine magnetischen Eigenschaften. Diese Abweichung lässt sich im Hirnscanner erkennen, wie Versuche des Wissenschaftlerteams an Ratten ergaben.

Den Dopaminsensor entwickelten die Forscher durch künstliche, "gerichtete" Evolution. Als Ausgangspunkt verwendeten sie ein magnetisch aktives Protein ähnlich dem Hämoglobin bei Menschen, dessen Bauanleitung sie einer Bakterienzelle entnahmen. Dann variierten sie die DNA im Labor so lange, bis das Molekül die gewünschten Eigenschaften zeigte.

Bislang sei die Substanz ausschließlich für Tierversuche geeignet, räumen die Forscher ein. Auf lange Sicht sei es jedoch wünschenswert, wenn ein ähnliches Molekül auch an Menschen zum Einsatz kommen könnte.

Ein großer Vorteil der Verwendung von Proteinen als Markerstoff sei es, dass man deren genetische Bauanleitung Versuchstieren erneut einpflanzen könne. Diese würden dann beispielsweise an genau festgelegten Stellen im Hirn die gewünschte Substanz herstellen. Alternativ kann Jasonoffs Dopaminsensor aber auch wie ein Kontrastmittel gespritzt werden. (jd)

Shapiro, M. G. et al.: Directed evolution of a magnetic resonance imaging contrast agent for noninvasive imaging of dopamine. In: Nature Biotechnology 10.1038/nbt.1609, 2010.

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