뇌의 신경전달물질 검출을 위한 나노프로브 개발

03년 2023월 XNUMX일(나노 워크 뉴스) 동물의 뇌는 신경 전달 물질을 통해 서로 통신하여 감정 처리, 학습 및 판단과 같은 복잡한 작업을 수행하는 수백억 개의 뉴런 또는 신경 세포로 구성됩니다. 이 작은 신호 분자는 뉴런 사이에서 확산되어 고농도 영역에서 저농도 영역으로 이동하며 화학적 메신저 역할을 합니다. 과학자들은 이 확산 운동이 뇌의 뛰어난 기능의 핵심이라고 믿고 있습니다. 따라서 그들은 전류 측정 및 미세 투석 방법을 사용하여 뇌에서 방출되는 것을 감지하여 특정 신경 전달 물질의 역할을 이해하는 것을 목표로 했습니다. 그러나 이러한 방법은 정보가 충분하지 않아 더 나은 감지 기술이 필요합니다. 이를 위해 과학자들은 단백질 프로브가 특정 신경 전달 물질을 감지하면 형광 강도를 변경하는 광학 이미징 방법을 개발했습니다. 최근 요시미 야스오(Yasuo Yoshimi) 교수가 이끄는 일본 시바우라 공과대학(Shibaura Institute of Technology)의 연구원 그룹이 이 아이디어를 추진했습니다. 그들은 세로토닌, 도파민 및 아세틸콜린과 같은 특정 신경 전달 물질을 감지하는 프로브 역할을 하는 형광 분자 각인 고분자 나노입자(fMIP-NP)를 성공적으로 합성했습니다. 특히, 그러한 프로브를 개발하는 것은 지금까지 어려운 것으로 간주되었습니다. 저널에 실린 그들의 획기적인 작업 나노 물질 ("표면 밀도가 조절된 고정화 템플릿을 사용하여 높은 선택성으로 작은 신경 전달 물질을 감지하는 형광 분자 각인 고분자 나노 입자의 합성"). 세로토닌, 도파민 및 아세틸콜린과 같은 특정 작은 신경 전달 물질을 감지하는 프로브 역할을 하는 형광 분자 각인 고분자 나노 입자(fMIP-NP)를 합성했습니다. (이미지: Yasuo Yoshimi 교수, SIT) Yoshimi 교수가 fMIP-NP 합성의 기초를 간략하게 설명합니다. “여러 단계가 필요합니다. 먼저 검출하고자 하는 표적 신경전달물질을 유리구슬 표면에 고정시킨다. 다음으로 다양한 기능(검출, 교차 결합 및 형광)을 가진 단량체(고분자 구성 요소)가 구슬 주위에서 중합되어 신경 전달 물질을 둘러쌉니다. 생성된 폴리머는 공동으로 각인된 신경 전달 물질 구조를 가진 나노 입자를 얻기 위해 세척됩니다. 특정 열쇠만이 자물쇠를 열 수 있는 것처럼 대상 신경 전달 물질에만 맞을 것입니다. 따라서 fMIP-NP는 뇌에서 해당 신경 전달 물질을 감지할 수 있습니다.” 목표 신경 전달 물질이 공동 내부에 맞으면 fMIP-NP가 부풀어 오르고 커집니다. 연구자들은 이것이 형광 모노머 사이의 거리를 증가시켜 결과적으로 형광을 억제하는 자체 소광을 포함하여 상호 작용을 감소시킨다고 제안합니다. 결과적으로 형광 강도가 향상되어 신경 전달 물질의 존재를 나타냅니다. 연구진은 fMIP-NP 합성 과정에서 유리구슬 표면의 신경전달물질 밀도를 조절해 검출 선택성을 높였다. 또한, 신경전달물질을 고정하기 위한 재료의 선택은 검출 특이성에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 연구원들은 혼합 실란이 신경 전달 물질인 세로토닌과 도파민을 유리 구슬 표면에 부착하는 데 순수한 실란보다 더 낫다는 것을 발견했습니다. 혼합 실란을 사용하여 합성된 fMIP-NP는 특히 세로토닌과 도파민을 검출했습니다. 대조적으로 순수한 실란을 사용하여 합성된 것들은 비표적 신경 전달 물질에 반응하는 비특이적 fMIP-NP를 생성하여 세로토닌과 도파민으로 잘못 식별했습니다. 마찬가지로, 폴리([2-(메타크릴로일옥시)에틸] 트리메틸암모늄 클로라이드(METMAC)-코-메타크릴아미드)(METMAC 동종중합체가 아님)는 신경전달물질 아세틸콜린의 효과적인 더미 주형인 것으로 밝혀졌습니다. 전자는 아세틸콜린을 선택적으로 감지하는 fMIP-NP를 생성했지만 후자는 반응하지 않는 나노입자를 생성했습니다. 이러한 결과는 우리 뇌에서 방출되는 신경 전달 물질의 선택적 검출에서 fMIP-NP의 실현 가능성을 보여줍니다. “이 새로운 기술로 뇌를 이미징하면 신경 전달 물질 확산과 뇌 활동 사이의 관계를 밝힐 수 있습니다. 이것은 차례로 신경 질환을 치료하고 인간의 뇌 기능을 모방하는 고급 컴퓨터를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 혁신적인 연구에 열광하는 Yoshimi 교수는 말했습니다.

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