Sviluppo di nanosonde per rilevare i neurotrasmettitori nel cervello

03 marzo 2023 (Notizie Nanowerk) Il cervello animale è costituito da decine di miliardi di neuroni o cellule nervose che svolgono compiti complessi come l'elaborazione delle emozioni, l'apprendimento e la formulazione di giudizi comunicando tra loro tramite neurotrasmettitori. Queste piccole molecole di segnalazione si diffondono – si spostano da regioni ad alta a bassa concentrazione – tra i neuroni, agendo come messaggeri chimici. Gli scienziati ritengono che questo movimento diffusivo potrebbe essere al centro della funzione superiore del cervello. Pertanto, hanno mirato a comprendere il ruolo di specifici neurotrasmettitori rilevando il loro rilascio nel cervello utilizzando metodi amperometrici e microdialisi. Tuttavia, questi metodi forniscono informazioni insufficienti, richiedendo tecniche di rilevamento migliori. A tal fine, gli scienziati hanno sviluppato un metodo di imaging ottico in cui le sonde proteiche cambiano la loro intensità di fluorescenza quando rilevano uno specifico neurotrasmettitore. Di recente, un gruppo di ricercatori dello Shibaura Institute of Technology in Giappone guidato dal professor Yasuo Yoshimi ha portato avanti questa idea. Hanno sintetizzato con successo nanoparticelle polimeriche fluorescenti a impronta molecolare (fMIP-NP) che fungono da sonde per rilevare specifici neurotrasmettitori: serotonina, dopamina e acetilcolina. In particolare, finora lo sviluppo di tali sonde è stato considerato difficile. Il loro lavoro rivoluzionario, pubblicato sulla rivista Nanomateriali ("Sintesi di nanoparticelle polimeriche fluorescenti con impronta molecolare che rilevano piccoli neurotrasmettitori con elevata selettività utilizzando modelli immobilizzati con densità superficiale regolata"). hanno sintetizzato nanoparticelle polimeriche fluorescenti a impronta molecolare (fMIP-NP) che fungono da sonde per rilevare specifici piccoli neurotrasmettitori come la serotonina, la dopamina e l'acetilcolina. (Immagine: Prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Il Prof. Yoshimi spiega brevemente i fondamenti della sintesi fMIP-NP. “Si tratta di più passaggi. Innanzitutto, il neurotrasmettitore bersaglio da rilevare viene fissato su una superficie di perle di vetro. Successivamente, i monomeri (mattoni di polimeri) con funzioni diverse - rilevamento, reticolazione e fluorescenza - polimerizzano attorno alle sfere, avvolgendo il neurotrasmettitore. Il polimero risultante viene quindi lavato via per ottenere una nanoparticella con la struttura del neurotrasmettitore impressa come una cavità. Si adatterà solo al neurotrasmettitore bersaglio, proprio come solo una particolare chiave può aprire una serratura. Quindi, le fMIP-NP possono rilevare i loro corrispondenti neurotrasmettitori nel cervello”. Quando i neurotrasmettitori bersaglio si inseriscono all'interno della cavità, le fMIP-NP si gonfiano e diventano più grandi. I ricercatori suggeriscono che questo aumenta la distanza tra i monomeri fluorescenti che, a sua volta, riduce le loro interazioni, compreso l'autospegnimento che sopprime la fluorescenza, tra loro. Di conseguenza, l'intensità della fluorescenza aumenta, indicando la presenza dei neurotrasmettitori. I ricercatori hanno migliorato la selettività del rilevamento regolando la densità del neurotrasmettitore sulla superficie delle perle di vetro durante la sintesi fMIP-NP. Inoltre, si è scoperto che la scelta del materiale per fissare i neurotrasmettitori svolge un ruolo cruciale nella specificità del rilevamento. I ricercatori hanno scoperto che il silano miscelato è migliore del silano puro per attaccare i neurotrasmettitori, serotonina e dopamina, alla superficie delle perle di vetro. Gli fMIP-NP sintetizzati utilizzando silano miscelato hanno rilevato in modo specifico la serotonina e la dopamina. Al contrario, quelli sintetizzati utilizzando silano puro hanno prodotto fMIP-NP non specifici che hanno risposto a neurotrasmettitori non bersaglio, identificandoli erroneamente come serotonina e dopamina. Allo stesso modo, il poli([2-(metacriloilossi)etil] trimetilammonio cloruro (METMAC)-co-metacrilammide) ma non l'omopolimero METMAC è risultato essere un modello fittizio efficace del neurotrasmettitore acetilcolina. Mentre il primo ha prodotto fMIP-NP che hanno rilevato selettivamente l'acetilcolina, il secondo ha portato a nanoparticelle che non rispondono. Questi risultati dimostrano la fattibilità delle fMIP-NP nel rilevamento selettivo dei neurotrasmettitori rilasciati nel nostro cervello. “L'imaging del cervello con questa nuova tecnica potrebbe rivelare la relazione tra la diffusione dei neurotrasmettitori e l'attività cerebrale. Questo, a sua volta, può aiutarci a curare le malattie neurologiche e persino a creare computer avanzati che imitano le funzioni del cervello umano", ha affermato il professor Yoshimi, entusiasta della ricerca innovativa.

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