Desarrollan nanosondas para detectar neurotransmisores en el cerebro

03-mar-2023 (Noticias de Nanowerk) El cerebro animal consta de decenas de miles de millones de neuronas o células nerviosas que realizan tareas complejas como procesar emociones, aprender y emitir juicios comunicándose entre sí a través de neurotransmisores. Estas pequeñas moléculas de señalización se difunden (se mueven de regiones de alta a baja concentración) entre las neuronas, actuando como mensajeros químicos. Los científicos creen que este movimiento de difusión podría estar en el corazón de la función superior del cerebro. Por lo tanto, se han propuesto comprender el papel de neurotransmisores específicos mediante la detección de su liberación en el cerebro mediante métodos amperométricos y de microdiálisis. Sin embargo, estos métodos proporcionan información insuficiente, lo que requiere mejores técnicas de detección. Con este fin, los científicos desarrollaron un método de imagen óptica en el que las sondas de proteínas cambian su intensidad de fluorescencia al detectar un neurotransmisor específico. Recientemente, un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Shibaura en Japón, dirigido por el profesor Yasuo Yoshimi, ha llevado adelante esta idea. Han sintetizado con éxito nanopartículas poliméricas impresas molecularmente fluorescentes (fMIP-NP) que sirven como sondas para detectar neurotransmisores específicos: serotonina, dopamina y acetilcolina. En particular, el desarrollo de tales sondas se ha considerado difícil hasta ahora. Su innovador trabajo, publicado en la revista Nanomateriales (“Síntesis de nanopartículas de polímero impresas molecularmente fluorescentes que detectan pequeños neurotransmisores con alta selectividad utilizando plantillas inmovilizadas con densidad de superficie regulada”). han sintetizado nanopartículas poliméricas impresas molecularmente fluorescentes (fMIP-NP) que sirven como sondas para detectar pequeños neurotransmisores específicos como la serotonina, la dopamina y la acetilcolina. (Imagen: Prof. Yasuo Yoshimi, SIT) El Prof. Yoshimi explica brevemente los fundamentos de la síntesis fMIP-NP. “Implica múltiples pasos. En primer lugar, el neurotransmisor objetivo que se va a detectar se fija sobre una superficie de perlas de vidrio. A continuación, los monómeros (bloques de construcción de polímeros) con diferentes funciones (detección, reticulación y fluorescencia) se polimerizan alrededor de las perlas, envolviendo al neurotransmisor. Luego, el polímero resultante se lava para obtener una nanopartícula con la estructura del neurotransmisor impresa como una cavidad. Solo se ajustará al neurotransmisor objetivo, al igual que solo una llave en particular puede abrir una cerradura. Por lo tanto, los fMIP-NP pueden detectar sus correspondientes neurotransmisores en el cerebro”. Cuando los neurotransmisores objetivo caben dentro de la cavidad, las fMIP-NP se hinchan y se hacen más grandes. Los investigadores sugieren que esto aumenta la distancia entre los monómeros fluorescentes que, a su vez, reduce sus interacciones entre sí, incluida la autoextinción que suprime la fluorescencia. Como resultado, aumenta la intensidad de la fluorescencia, lo que indica la presencia de los neurotransmisores. Los investigadores mejoraron su selectividad de detección ajustando la densidad de neurotransmisores en la superficie de las perlas de vidrio durante la síntesis de fMIP-NP. Además, se descubrió que la elección del material para fijar los neurotransmisores desempeña un papel crucial en la especificidad de la detección. Los investigadores encontraron que el silano mezclado es mejor que el silano puro para unir los neurotransmisores, la serotonina y la dopamina, a la superficie de las perlas de vidrio. Los fMIP-NP sintetizados usando silano mezclado detectaron específicamente serotonina y dopamina. Por el contrario, los sintetizados con silano puro dieron como resultado fMIP-NP no específicos que respondieron a neurotransmisores no objetivo, identificándolos incorrectamente como serotonina y dopamina. Asimismo, se encontró que el poli(cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (METMAC)-co-metacrilamida), pero no el homopolímero de METMAC, es una plantilla ficticia eficaz del neurotransmisor acetilcolina. Mientras que el primero producía fMIP-NP que detectaban selectivamente la acetilcolina, el segundo generaba nanopartículas que no respondían. Estos resultados demuestran la viabilidad de fMIP-NPs en la detección selectiva de neurotransmisores liberados en nuestro cerebro. “La obtención de imágenes del cerebro con esta nueva técnica podría revelar la relación entre la difusión de neurotransmisores y la actividad cerebral. Esto, a su vez, puede ayudarnos a tratar enfermedades neurológicas e incluso a crear computadoras avanzadas que imiten las funciones del cerebro humano”, dijo el profesor Yoshimi, quien está entusiasmado con la investigación innovadora.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php