Nanokoettimien kehittäminen välittäjäaineiden havaitsemiseksi aivoissa

03. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Eläimen aivot koostuvat kymmenistä miljardeista hermosoluista tai hermosoluista, jotka suorittavat monimutkaisia ​​tehtäviä, kuten tunteiden käsittelyä, oppimista ja arvioiden tekemistä kommunikoimalla toistensa kanssa välittäjäaineiden välityksellä. Nämä pienet signalointimolekyylit diffuusoituvat – siirtyvät korkean pitoisuuden alueilta matalan pitoisuuden alueille – hermosolujen välillä toimien kemiallisina lähettiläinä. Tutkijat uskovat, että tämä diffuusioliike saattaa olla aivojen ylivoimaisen toiminnan ydin. Siksi he ovat pyrkineet ymmärtämään tiettyjen välittäjäaineiden roolia havaitsemalla niiden vapautumisen aivoissa käyttämällä amperometrisia ja mikrodialyysimenetelmiä. Nämä menetelmät eivät kuitenkaan anna riittävästi tietoa, mikä edellyttää parempia tunnistustekniikoita. Tätä varten tutkijat kehittivät optisen kuvantamismenetelmän, jossa proteiinikoettimet muuttavat fluoresenssin intensiteettiään havaitessaan tietyn välittäjäaineen. Hiljattain professori Yasuo Yoshimin johtama tutkijaryhmä Shibaura Institute of Technologysta Japanista on vienyt tätä ajatusta eteenpäin. He ovat onnistuneesti syntetisoineet fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerisiä nanopartikkeleita (fMIP-NP), jotka toimivat koettimina spesifisten välittäjäaineiden - serotoniinin, dopamiinin ja asetyylikoliinin - havaitsemiseksi. Erityisesti tällaisten koettimien kehittämistä on pidetty toistaiseksi vaikeana. Heidän uraauurtava työnsä, julkaistu lehdessä nanomateriaalien ("Fluoresoivien molekyylipainotettujen polymeerinanohiukkasten synteesi, jotka tunnistavat pieniä neurotransmittereita korkealla selektiivisyydellä käyttämällä immobilisoituja malleja, joilla on säädelty pintatiheys"). ovat syntetisoineet fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerisiä nanopartikkeleita (fMIP-NP), jotka toimivat koettimina tiettyjen pienten välittäjäaineiden, kuten serotoniinin, dopamiinin ja asetyylikoliinin, havaitsemiseksi. (Kuva: Prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Professori Yoshimi selittää lyhyesti fMIP-NP-synteesin perusteet. "Se sisältää useita vaiheita. Ensin tunnistettava kohdeneurotransmitteri kiinnitetään lasihelmien pinnalle. Seuraavaksi monomeerit (polymeerien rakennuspalikoita), joilla on eri toiminnot – havaitseminen, silloittaminen ja fluoresenssi – polymeroituvat helmien ympärille ja ympäröivät välittäjäaineen. Tuloksena oleva polymeeri pestään sitten pois nanopartikkelin saamiseksi, jonka välittäjäainerakenne on painettu onteloksi. Se sopii vain kohteena olevaan välittäjäaineeseen, aivan kuten vain tietty avain voi avata lukon. Näin ollen fMIP-NP:t voivat havaita vastaavat välittäjäaineet aivoissa." Kun kohteena olevat välittäjäaineet mahtuvat ontelon sisään, fMIP-NP:t turpoavat ja kasvavat. Tutkijat ehdottavat, että tämä lisää fluoresoivien monomeerien välistä etäisyyttä, mikä puolestaan ​​​​vähentää niiden vuorovaikutusta, mukaan lukien fluoresenssia vaimentava itsesammutus, toistensa kanssa. Tämän seurauksena fluoresenssin intensiteetti paranee, mikä osoittaa välittäjäaineiden läsnäolon. Tutkijat paransivat ilmaisun selektiivisyyttä säätämällä välittäjäaineiden tiheyttä lasihelmien pinnalla fMIP-NP-synteesin aikana. Lisäksi hermovälittäjäaineiden kiinnitysmateriaalin valinnalla havaittiin olevan ratkaiseva rooli havaitsemisspesifisyydessä. Tutkijat havaitsivat, että sekoitettu silaani on parempi kuin puhdas silaani välittäjäaineiden, serotoniinin ja dopamiinin, kiinnittämiseksi lasihelmen pintaan. FMIP-NP:t, jotka syntetisoitiin käyttämällä sekoitettua silaania, havaitsivat spesifisesti serotoniinin ja dopamiinin. Sitä vastoin puhtaalla silaanilla syntetisoidut johtivat epäspesifisiin fMIP-NP:ihin, jotka reagoivat ei-kohteena oleviin välittäjäaineisiin tunnistaen ne väärin serotoniiniksi ja dopamiiniksi. Samoin poly([2-(metakryloyylioksi)etyyli]trimetyyliammoniumkloridi (METMAC)-ko-metakryyliamidi), mutta ei METMAC-homopolymeerin, havaittiin olevan hermovälittäjäaineen asetyylikoliinin tehokas valetemplaatti. Kun edellinen tuotti fMIP-NP:itä, jotka havaitsivat selektiivisesti asetyylikoliinia, jälkimmäinen johti reagoimattomiin nanopartikkeleihin. Nämä tulokset osoittavat fMIP-NP:iden toteutettavuuden aivoissamme vapautuvien välittäjäaineiden selektiivisessä havaitsemisessa. "Aivojen kuvantaminen tällä uudella tekniikalla voi paljastaa välittäjäaineiden diffuusion ja aivojen toiminnan välisen suhteen. Tämä puolestaan ​​voi auttaa meitä hoitamaan neurologisia sairauksia ja jopa luomaan kehittyneitä tietokoneita, jotka jäljittelevät ihmisen aivojen toimintaa”, sanoo professori Yoshimi, joka on innostunut innovatiivisesta tutkimuksesta.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php