Ανάπτυξη νανο-ανιχνευτών για την ανίχνευση νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο

03 Μαρτίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Ο εγκέφαλος των ζώων αποτελείται από δεκάδες δισεκατομμύρια νευρώνες ή νευρικά κύτταρα που εκτελούν σύνθετες εργασίες όπως η επεξεργασία συναισθημάτων, η μάθηση και η κρίση, επικοινωνώντας μεταξύ τους μέσω νευροδιαβιβαστών. Αυτά τα μικρά μόρια σηματοδότησης διαχέονται - μετακινούνται από περιοχές υψηλής σε χαμηλή συγκέντρωση - μεταξύ νευρώνων, ενεργώντας ως χημικοί αγγελιοφόροι. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαχυτική κίνηση μπορεί να βρίσκεται στην καρδιά της ανώτερης λειτουργίας του εγκεφάλου. Ως εκ τούτου, έχουν στόχο να κατανοήσουν τον ρόλο συγκεκριμένων νευροδιαβιβαστών ανιχνεύοντας την απελευθέρωσή τους στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας αμπερομετρικές μεθόδους και μεθόδους μικροδιάλυσης. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι παρέχουν ανεπαρκείς πληροφορίες, απαιτώντας καλύτερες τεχνικές ανίχνευσης. Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο οπτικής απεικόνισης όπου οι πρωτεϊνικοί ανιχνευτές αλλάζουν την ένταση φθορισμού τους κατά την ανίχνευση ενός συγκεκριμένου νευροδιαβιβαστή. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura στην Ιαπωνία με επικεφαλής τον καθηγητή Yasuo Yoshimi προώθησε αυτήν την ιδέα. Έχουν συνθέσει με επιτυχία φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερικά νανοσωματίδια (fMIP-NPs) που χρησιμεύουν ως ανιχνευτές για την ανίχνευση συγκεκριμένων νευροδιαβιβαστών –σεροτονίνη, ντοπαμίνη και ακετυλοχολίνη. Σημειωτέον, η ανάπτυξη τέτοιων ανιχνευτών θεωρείται δύσκολη μέχρι στιγμής. Το πρωτοποριακό έργο τους, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Νανοϋλικά ("Σύνθεση φθορίζοντος μοριακά αποτυπωμένου πολυμερούς νανοσωματιδίων που ανιχνεύουν μικρούς νευροδιαβιβαστές με υψηλή επιλεκτικότητα με χρήση ακινητοποιημένων προτύπων με ρυθμισμένη επιφανειακή πυκνότητα"). έχουν συνθέσει φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερικά νανοσωματίδια (fMIP-NPs) που χρησιμεύουν ως ανιχνευτές για την ανίχνευση συγκεκριμένων μικρών νευροδιαβιβαστών όπως η σεροτονίνη, η ντοπαμίνη και η ακετυλοχολίνη. (Εικόνα: Καθ. Yasuo Yoshimi, SIT) Ο καθηγητής Yoshimi εξηγεί συνοπτικά τις βασικές αρχές της σύνθεσης fMIP-NP. «Περιλαμβάνει πολλά βήματα. Πρώτον, ο νευροδιαβιβαστής στόχος που πρόκειται να ανιχνευθεί στερεώνεται σε μια επιφάνεια γυάλινων σφαιριδίων. Στη συνέχεια, μονομερή (δομικά στοιχεία πολυμερών) με διαφορετικές λειτουργίες – ανίχνευση, διασύνδεση και φθορισμό – πολυμερίζονται γύρω από τα σφαιρίδια, περιβάλλοντας τον νευροδιαβιβαστή. Το προκύπτον πολυμερές στη συνέχεια ξεπλένεται για να ληφθεί ένα νανοσωματίδιο με τη δομή του νευροδιαβιβαστή αποτυπωμένη ως κοιλότητα. Θα ταιριάζει μόνο στον νευροδιαβιβαστή στόχο, όπως μόνο ένα συγκεκριμένο κλειδί μπορεί να ανοίξει μια κλειδαριά. Ως εκ τούτου, τα fMIP-NPs μπορούν να ανιχνεύσουν τους αντίστοιχους νευροδιαβιβαστές τους στον εγκέφαλο». Όταν οι νευροδιαβιβαστές-στόχοι χωρούν μέσα στην κοιλότητα, τα fMIP-NP διογκώνονται και γίνονται μεγαλύτερα. Οι ερευνητές προτείνουν ότι αυτό αυξάνει την απόσταση μεταξύ των φθοριζόντων μονομερών που, με τη σειρά τους, μειώνει τις αλληλεπιδράσεις τους, συμπεριλαμβανομένης της αυτοσβέσης που καταστέλλει τον φθορισμό, μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, η ένταση του φθορισμού ενισχύεται, υποδεικνύοντας την παρουσία των νευροδιαβιβαστών. Οι ερευνητές βελτίωσαν την επιλεκτικότητά τους στην ανίχνευση προσαρμόζοντας την πυκνότητα του νευροδιαβιβαστή στην επιφάνεια των γυάλινων σφαιριδίων κατά τη διάρκεια της σύνθεσης fMIP-NP. Επιπρόσθετα, η επιλογή του υλικού για τη στερέωση των νευροδιαβιβαστών βρέθηκε να παίζει κρίσιμο ρόλο στην ειδικότητα ανίχνευσης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το αναμεμειγμένο σιλάνιο είναι καλύτερο από το καθαρό σιλάνιο για τη σύνδεση των νευροδιαβιβαστών, της σεροτονίνης και της ντοπαμίνης, στην επιφάνεια του γυάλινου σφαιριδίου. Τα fMIP-NP που συντέθηκαν χρησιμοποιώντας αναμεμειγμένο σιλάνιο ανίχνευσαν ειδικά σεροτονίνη και ντοπαμίνη. Αντίθετα, αυτά που συντέθηκαν χρησιμοποιώντας καθαρό σιλάνιο οδήγησαν σε μη ειδικά fMIP-NP που ανταποκρίθηκαν σε μη στοχευόμενους νευροδιαβιβαστές, αναγνωρίζοντάς τους εσφαλμένα ως σεροτονίνη και ντοπαμίνη. Ομοίως, το πολυ([2-(μεθακρυλοϋλοξυ)αιθυλ] χλωριούχο τριμεθυλαμμώνιο (METMAC)-συν-μεθακρυλαμίδιο) αλλά όχι το ομοπολυμερές METMAC βρέθηκε να είναι ένα αποτελεσματικό εικονικό πρότυπο του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη. Ενώ το πρώτο παρήγαγε fMIP-NPs που ανίχνευαν επιλεκτικά την ακετυλοχολίνη, το δεύτερο οδήγησε σε νανοσωματίδια που δεν ανταποκρίνονται. Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη σκοπιμότητα των fMIP-NPs στην επιλεκτική ανίχνευση νευροδιαβιβαστών που απελευθερώνονται στον εγκέφαλό μας. «Η απεικόνιση του εγκεφάλου με αυτή τη νέα τεχνική θα μπορούσε να αποκαλύψει τη σχέση μεταξύ της διάχυσης των νευροδιαβιβαστών και της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να μας βοηθήσει να θεραπεύσουμε νευρολογικές ασθένειες και ακόμη και να δημιουργήσουμε προηγμένους υπολογιστές που μιμούνται τις λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου», δήλωσε ο καθηγητής Yoshimi, ο οποίος είναι ενθουσιασμένος με την καινοτόμο έρευνα.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php