Memetakan Dinamika Serotonin Dalam Otak

• Teknologi pencitraan molekuler memungkinan pemetaaan terhadap dinamika penggunaan serotonin
• Parameter gerakan transportasi serotonin diperoleh dengan modeling pembagian
• Mekanisme yang bergantung dan yang tidak bergantung pada pembawa serotonin dibedakan
• Pencegahan pembawa dopamine menghalangi transportasi serotonin dalam beberapa region

Teknik pencitraan yang membuat video 3D perlintasan serotonin dapat membantu pengembangan obat antidepresan

Serotonin adalah neurotransmitter yang berperan dalam pengaturan perasaan bahagia pada manusia. Sehingga membuatnya menjadi target bagi obat-obatan antidepresan, yang memblokir serotonin agar tidak diserap ulang oleh neuron/sel syaraf setelah mengrimkan sinyal atau pesan yang ia bawa, sehingga otak masih memiliki persediaan serotonin yang bisa digunakan.

Kini para peneliti MIT (Institut Teknologi Massachusetts) telah mengembangkan teknik pencitraan yang untuk pertama kalinya memungkinan pemetaan 3D terhadap serotonin ketika ia diserap ulang oleh neuron, menyeberangi banyak region dalam otak yang masih hidup.

Teknik ini memberikan penglihatan yang belum pernah didapatkan sebelumnya terhadap dinamika serotonin, dan dapat menjadi alat yang kuat untuk penelitian dan pengembangan antidepresan.

“Hingga sekarang, mustahil untuk melihat bagaimana neurotransmitter di transportasikan kedalam sel-sel di sepanjang region-region besar otak,” ujar Aviad Hai, seorang pascadoktor di Departemen Teknik Biologi dan penulis pertama makalah yang menjelaskan teknik ini.

“Ini pertama kalinya kita bisa melihat penghambat penggunaan ulang serotonin, seperti antidepresan, bekerja di bagian-bagian otak yang berbeda, dan kita bisa menggunakan informasi ini untuk menganalisa segala macam obat antidepresan, menemukan obat antidepresan jenis baru, dan melihat bagaimana obat-obatan itu memengaruhi sustem serotonin di seluruh otak.”

Makalah ini juga ditulis oleh Alan Jasanoff, seorang profesor teknik biologi; dan tiga peneliti lainnya dari laboratorium Jasanoff yaitu: Lili X. Cai, Taekwan Lee, dan Victor S. Lelyveld.

Mengukur penyerapan ulang

Banyak antidepresan yang menargetkan serotonin bekerja dengan memblokir pembawa serotonin yang menyerapkan serotonin kembali kedalam neuron, sehingga serotonin dapat digunakan lagi setelah ia selesai mengirimkan sinyal kimiawi. Obat-obatan SSRI (Selective Serotonin Reuptake Inhibitors) ini meningkatkan kadar serotonin dalam otak, menyingkirkan perasaan kecemasan dan depresi yang disebabkan oleh rendahnya kadar serotonin.

Peneliti biasanya mempelajari efek dari antidepresan menggunakan teknik yang disebut mikrodialisis, dimana mereka memasukkan alat kedalam otak dan mengambil sampel kimiawi dalam jumlah kecil dari jaringan otak. Namun metode ini memakan waktu dan jangkauannya terbatas, karena ia hanya memungkinan peneliti mempelajari satu lokasi saja dalam satu waktu.

Sementara teknik pengambilan gambar atau pencitraan yang baru ini, peneliti merancang sebuah protein yang bekerja sebagai sensor yang dapat menempel pada serotonin dan melepaskan diri saat terjadinya penyerapan ulang. Sensor disuntikkan bersama dengan serotonin, dan memancarkan sinyal yang bisa dibaca oleh pencitraan resonansi magnetik fungsional atau fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging).

Triknya adalah sensor tersebut terus memancarkan sinyal lemah ketika masih menempel pada serotonin, lalu memancarkan sinyal yang lebih terang ketika lepas dari serotonin.

Dalam sistem baru ini, model matematis menggunakan data dari sinyal fMRI tersebut untuk membangun peta 3 dimensi yang menunjukkan lebih dari 1.000 voksel (piksel dalam tiga dimensi), dengan setiap satu voksel mewakili satu titik pengukuran penyerapan ulang serotonin. Berdasarkan kekuatan sinyal pada masing-masing titik, model ini kemudian menghitung perbedaan jumlah serotonin yang diserap, antara otak dengan dan tanpa obat SSRI. Dengan cara ini peneliti dapat menguji mana obat SSRI yang paling manjur.

Memetakan dinamika antidepresan

Untuk memvalidasi sensor ini, peneliti sukses mengukur efek yang diharapkan dari SSRI fluoxetine, yang lebih dikenal dengan merek dagang Prozac, terhadap pengantar-pengantar serotonin dalam enam subregion dari area otak yang dikenal sebagai basal ganglia. Sub-subregion ini diduga berperan dalam memunculkan motivasi, perasaan berharga/bermafaat, pemahaman, belajar, emosi, dan fungsi-fungsi serta perilaku lainnya.

Dalam prosesnya, peneliti secara simultan merekam penurunan dalam penyerapan ulang serotonin sebagai respon terhadap Prozac pada tiga subregion, sambil mencatat setiap respon lemah dalam satu region lainnya. Hasil ini lebih-kurangnya telah diantisipasi, ujar Jasanoff. “Namun kita dapat memetakan efek tersebut dalam tiga dimensi, melingkupi berbagai region otak,” ujarnya. Ini dapat memberikan kemajuan dalam mempelajari efek dari obat-obatan pada bagian-bagian yang lebih spesifik dari otak.

Data molekuler fMRI menunjukkan perubahan-perubahan sinyal dari sensor-sensor serotonin tanpa (kiri) dan dengan (kanan) antidepresan Prozac, dengan masing-masing kotak mewakili satu voksel otak. Kotak-kotak merah mengindikasikan sinyal yang meningkat ketika serotonin diserap kedalam neuron; kotak-kotak biru mengindikasikan sinyal telah berkurang ketika Prozac menghambat penyerapan ulang serotonin kedalam neuron. Garis-garis hitam yang berputar-putar menunjukkan bentuk segi otak. Model komputer menggunakan data ini untuk memperkirakan penyerapan ulang neurotransmitter di bentangan otak.

Para peneliti juga mengungkap penemuan yang mengejutkan. Ketika memetakan efek penghambat penyerapan ulang dopamine yang ditargetkan khusus pada dopamine, mereka menemukan bahwa obat tersebut juga menurunkan penyerapan ulang serotonin, hingga sebanding dengan SSRI, dalam tiga subregion, yang salah satunya dikenal untuk ekspresi yang diakibatkan oleh kadar dopamine yang tinggi.

Studi-studi sebelumnya memang mengindikasikan protein-protein pengantar dopamine dapat membantu menurunkan tingkat penyerapan ulang serotonin, tapi penemuan baru ini menunjukkan efeknya lebih menyebar pada otak yang masih hidup, ujar Jasanoff.

Eksperimen ini memberikan bukti lebih lanjut tentang pengaruh kuat antara sistem serotonin dan dopamine, dan mengindikasikan bahwa antidepresan bisa jadi kurang efektif ketika menargetkan hanya salah satu dari neurotransmitter tersebut, sebab dopamine juga berperan dalam transportasi serotonin.

Selanjutnya peneliti akan menjelajahi region-region otak yang berbeda dengan sensor ini, termasuk dorsal raphe, yag memproduksi sebagian besar serotonin dalam otak. Mereka juga sedang membuat sensor berbasis nano-partikel yang lebih sensitif dari yang digunakan dalam studi ini.

reference: neurosciencenews