Udvikling af nanoprober til at opdage neurotransmittere i hjernen

03. marts 2023 (Nanowerk nyheder) Dyrehjernen består af titusinder af neuroner eller nerveceller, der udfører komplekse opgaver som at behandle følelser, lære og foretage domme ved at kommunikere med hinanden via neurotransmittere. Disse små signalmolekyler diffunderer – bevæger sig fra områder med høj til lav koncentration – mellem neuroner og fungerer som kemiske budbringere. Forskere mener, at denne diffusive bevægelse kan være kernen i hjernens overlegne funktion. Derfor har de haft til formål at forstå rollen af ​​specifikke neurotransmittere ved at detektere deres frigivelse i hjernen ved hjælp af amperometriske og mikrodialysemetoder. Disse metoder giver imidlertid utilstrækkelig information, hvilket nødvendiggør bedre sanseteknikker. Til dette formål udviklede forskere en optisk billeddannelsesmetode, hvor proteinprober ændrer deres fluorescensintensitet ved påvisning af en specifik neurotransmitter. For nylig har en gruppe forskere fra Shibaura Institute of Technology i Japan ledet af professor Yasuo Yoshimi taget denne idé videre. De har med succes syntetiseret fluorescerende molekylært prægede polymere nanopartikler (fMIP-NP'er), der tjener som prober til at detektere specifikke neurotransmittere - serotonin, dopamin og acetylcholin. Det er især blevet anset for vanskeligt at udvikle sådanne sonder indtil videre. Deres banebrydende arbejde, offentliggjort i tidsskriftet Nanomaterialer ("Syntese af fluorescerende molekylært prægede polymernanopartikler, der registrerer små neurotransmittere med høj selektivitet ved hjælp af immobiliserede skabeloner med reguleret overfladedensitet"). har syntetiseret fluorescerende molekylært prægede polymere nanopartikler (fMIP-NP'er), der tjener som prober til at detektere specifikke små neurotransmittere som serotonin, dopamin og acetylcholin. (Billede: Prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Prof. Yoshimi forklarer kort det grundlæggende i fMIP-NP-syntese. "Det involverer flere trin. Først fikseres målneurotransmitteren, der skal detekteres, på en glasperleoverflade. Dernæst polymeriserer monomerer (byggesten af ​​polymerer) med forskellige funktioner - detektion, tværbinding og fluorescens - omkring perlerne og omslutter neurotransmitteren. Den resulterende polymer vaskes derefter ud for at opnå en nanopartikel med neurotransmitterstrukturen præget som et hulrum. Den passer kun til målneurotransmitteren, ligesom kun en bestemt nøgle kan åbne en lås. Derfor kan fMIP-NP'er detektere deres tilsvarende neurotransmittere i hjernen." Når målneurotransmitterne passer ind i hulrummet, svulmer fMIP-NP'erne og bliver større. Forskerne foreslår, at dette øger afstanden mellem de fluorescerende monomerer, hvilket igen reducerer deres interaktioner, herunder selvslukning, der undertrykker fluorescens, med hinanden. Som et resultat øges fluorescensintensiteten, hvilket indikerer tilstedeværelsen af ​​neurotransmitterne. Forskerne forbedrede deres selektivitet af detektionen ved at justere neurotransmitterdensiteten på overfladen af ​​glasperlerne under fMIP-NP-syntese. Derudover blev valget af materiale til fiksering af neurotransmitterne fundet at spille en afgørende rolle i detektionsspecificiteten. Forskerne fandt ud af, at blandet silan er bedre end ren silan til at binde neurotransmitterne, serotonin og dopamin, til glasperlens overflade. fMIP-NP'erne syntetiseret ved hjælp af blandet silan påviste specifikt serotonin og dopamin. I modsætning hertil resulterede de syntetiserede ved hjælp af ren silan i ikke-specifikke fMIP-NP'er, der reagerede på ikke-mål neurotransmittere, og identificerede dem forkert som serotonin og dopamin. Ligeledes blev poly([2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (METMAC)-co-methacrylamid) men ikke METMAC-homopolymer fundet at være en effektiv dummy-skabelon af neurotransmitteren acetylcholin. Mens førstnævnte producerede fMIP-NP'er, der selektivt detekterede acetylcholin, førte sidstnævnte til ikke-reagerende nanopartikler. Disse resultater viser gennemførligheden af ​​fMIP-NP'er i den selektive påvisning af neurotransmittere frigivet i vores hjerne. "Imagning af hjernen med denne nye teknik kan afsløre forholdet mellem neurotransmitters diffusion og hjerneaktivitet. Dette kan igen hjælpe os med at behandle neurologiske sygdomme og endda skabe avancerede computere, der efterligner menneskets hjernefunktioner,” siger professor Yoshimi, der er begejstret for den innovative forskning.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php