פיתוח ננו בדיקות לאיתור נוירוטרנסמיטורים במוח

03 במרץ 2023 (חדשות Nanowerkמוח החי מורכב מעשרות מיליארדי נוירונים או תאי עצב המבצעים משימות מורכבות כמו עיבוד רגשות, למידה וביצוע שיפוטים על ידי תקשורת זה עם זה באמצעות נוירוטרנסמיטורים. מולקולות האיתות הקטנות הללו מתפזרות - עוברות מאזורי ריכוז גבוה לנמוך - בין נוירונים, ופועלות כשליחים כימיים. מדענים מאמינים שתנועה מפיצה זו עשויה להיות לב ליבה של התפקוד העליון של המוח. לכן, הם שאפו להבין את תפקידם של נוירוטרנסמיטורים ספציפיים על ידי זיהוי שחרורם במוח באמצעות שיטות אמפרומטריות ומיקרודיאליזה. עם זאת, שיטות אלו מספקות מידע לא מספיק, מה שמחייב טכניקות חישה טובות יותר. לשם כך, מדענים פיתחו שיטת הדמיה אופטית שבה בדיקות חלבון משנות את עוצמת הקרינה שלהם לאחר זיהוי נוירוטרנסמיטר ספציפי. לאחרונה, קבוצת חוקרים מהמכון הטכנולוגי שיבאורה ביפן בראשות פרופסור יאסו יושימי לקחה את הרעיון הזה קדימה. הם הצליחו לסנתז בהצלחה חלקיקים פולימריים (fMIP-NPs) המוטבעים מולקולרית פלואורסצנטיים המשמשים כבדיקות לגילוי נוירוטרנסמיטורים ספציפיים - סרוטונין, דופמין ואצטילכולין. יש לציין שפיתוח בדיקות כאלה נחשב לקשה עד כה. עבודתם פורצת הדרך, שפורסמה בכתב העת ננו ("סינתזה של ננו-חלקיקי פולימרים מוטבעים מולקולרית פלואורסצנטיים המרגישים נוירוטרנסמיטורים קטנים עם סלקטיביות גבוהה באמצעות תבניות משותקות עם צפיפות פני שטח מווסתת"). סינתזו חלקיקים פולימריים (fMIP-NPs) המוטבעים מולקולרית פלואורסצנטיים המשמשים כבדיקות לגילוי נוירוטרנסמיטורים קטנים ספציפיים כמו סרוטונין, דופמין ואצטילכולין. (תמונה: פרופ' יאסו יושימי, SIT) פרופ' יושימי מסביר בקצרה את היסודות של סינתזת fMIP-NP. "זה כרוך במספר שלבים. ראשית, נוירוטרנסמיטר היעד לזיהוי מקובע על משטח חרוזי זכוכית. לאחר מכן, מונומרים (אבני בניין של פולימרים) עם פונקציות שונות - איתור, קישור צולב וקרינה - מתפלמרים סביב החרוזים, ועוטפים את הנוירוטרנסמיטר. לאחר מכן הפולימר שנוצר נשטף החוצה כדי לקבל ננו-חלקיק עם מבנה הנוירוטרנסמיטר המוטבע כחלל. זה יתאים רק לנוירוטרנסמיטר המטרה, בדיוק כמו שרק מפתח מסוים יכול לפתוח מנעול. לפיכך, fMIP-NPs יכולים לזהות את הנוירוטרנסמיטורים המתאימים להם במוח." כאשר הנוירוטרנסמיטורים של המטרה נכנסים לתוך החלל, ה-fMIP-NPs מתנפחים וגדלים. החוקרים מציעים כי הדבר מגדיל את המרחק בין המונומרים הפלואורסנטיים, אשר בתורו מפחית את האינטראקציות ביניהם, כולל כיבוי עצמי המדכא את הקרינה, זה עם זה. כתוצאה מכך, עוצמת הקרינה מוגברת, מה שמעיד על נוכחותם של הנוירוטרנסמיטורים. החוקרים שיפרו את הסלקטיביות שלהם לזיהוי על ידי התאמת צפיפות הנוירוטרנסמיטר על פני השטח של חרוזי הזכוכית במהלך סינתזת fMIP-NP. בנוסף, נמצא כי בחירת החומר לקיבוע הנוירוטרנסמיטורים ממלאת תפקיד מכריע בספציפיות הזיהוי. החוקרים מצאו שסילאן מעורב עדיף על סילאן טהור לחיבור הנוירוטרנסמיטרים, סרוטונין ודופמין, למשטח חרוזי הזכוכית. ה-fMIP-NPs שסונתזו באמצעות סילאן מעורב זיהו באופן ספציפי סרוטונין ודופמין. לעומת זאת, אלה שסונתזו באמצעות סילאן טהור הביאו ל-fMIP-NPs לא ספציפיים שהגיבו לנוירוטרנסמיטורים שאינם מטרה, וזיהו אותם בצורה שגויה כסרוטונין ודופמין. כמו כן, נמצא כי פולי([2-(methacryloyloxy)ethyl] trimethylammonium chloride (METMAC)-co-methacrylamide) אך לא METMAC הומופולימר היא תבנית דמה יעילה של הנוירוטרנסמיטר אצטילכולין. בעוד שהראשונים ייצרו fMIP-NPs שגילו באופן סלקטיבי אצטילכולין, השניים הובילו לננו-חלקיקים שאינם מגיבים. תוצאות אלו מדגימות את ההיתכנות של fMIP-NPs בזיהוי סלקטיבי של נוירוטרנסמיטורים המשתחררים במוח שלנו. "הדמיה של המוח בטכניקה חדשה זו יכולה לחשוף את הקשר בין דיפוזיה של נוירוטרנסמיטר ופעילות מוחית. זה, בתורו, יכול לעזור לנו לטפל במחלות נוירולוגיות ואפילו ליצור מחשבים מתקדמים המחקים את תפקודי המוח האנושיים", אמר פרופסור יושימי, שנלהב מהמחקר החדשני.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php