Ontwikkeling van nanoprobes om neurotransmitters in de hersenen te detecteren

03 maart 2023 (Nanowerk Nieuws) Het dierenbrein bestaat uit tientallen miljarden neuronen of zenuwcellen die complexe taken uitvoeren zoals het verwerken van emoties, leren en oordelen door met elkaar te communiceren via neurotransmitters. Deze kleine signaalmoleculen diffunderen – verplaatsen zich van hoge naar lage concentratiegebieden – tussen neuronen en werken als chemische boodschappers. Wetenschappers geloven dat deze diffuse beweging de kern zou kunnen zijn van de superieure functie van de hersenen. Daarom hebben ze geprobeerd de rol van specifieke neurotransmitters te begrijpen door hun afgifte in de hersenen te detecteren met behulp van amperometrische en microdialysemethoden. Deze methoden bieden echter onvoldoende informatie, waardoor betere detectietechnieken nodig zijn. Daartoe ontwikkelden wetenschappers een optische beeldvormingsmethode waarbij eiwitsondes hun fluorescentie-intensiteit veranderen bij het detecteren van een specifieke neurotransmitter. Onlangs heeft een groep onderzoekers van het Shibaura Institute of Technology in Japan onder leiding van professor Yasuo Yoshimi dit idee verder uitgewerkt. Ze hebben met succes fluorescerende moleculair bedrukte polymere nanodeeltjes (fMIP-NP's) gesynthetiseerd die dienen als sondes om specifieke neurotransmitters te detecteren: serotonine, dopamine en acetylcholine. Met name het ontwikkelen van dergelijke sondes werd tot nu toe als moeilijk beschouwd. Hun baanbrekende werk, gepubliceerd in het tijdschrift Nanomaterialen ("Synthese van fluorescerende moleculair bedrukte polymeer nanodeeltjes die kleine neurotransmitters detecteren met hoge selectiviteit met behulp van geïmmobiliseerde sjablonen met gereguleerde oppervlaktedichtheid"). hebben fluorescerende moleculair bedrukte polymere nanodeeltjes (fMIP-NP's) gesynthetiseerd die dienen als sondes om specifieke kleine neurotransmitters zoals serotonine, dopamine en acetylcholine te detecteren. (Afbeelding: prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Prof. Yoshimi legt in het kort de grondbeginselen van fMIP-NP-synthese uit. “Het gaat om meerdere stappen. Eerst wordt de te detecteren doelwit-neurotransmitter op een oppervlak van glasparels gefixeerd. Vervolgens polymeriseren monomeren (bouwstenen van polymeren) met verschillende functies - detectie, verknoping en fluorescentie - rond de korrels en omhullen de neurotransmitter. Het resulterende polymeer wordt vervolgens uitgewassen om een ​​nanodeeltje te verkrijgen met de neurotransmitterstructuur bedrukt als een holte. Het past alleen op de beoogde neurotransmitter, net zoals alleen een bepaalde sleutel een slot kan openen. Daarom kunnen fMIP-NP's hun overeenkomstige neurotransmitters in de hersenen detecteren." Wanneer de doelwit-neurotransmitters in de holte passen, zwellen de fMIP-NP's op en worden ze groter. De onderzoekers suggereren dat dit de afstand tussen de fluorescerende monomeren vergroot, wat op zijn beurt hun interacties vermindert, inclusief zelfdoving die fluorescentie onderdrukt, met elkaar. Als gevolg hiervan wordt de fluorescentie-intensiteit verhoogd, wat wijst op de aanwezigheid van de neurotransmitters. De onderzoekers verbeterden hun selectiviteit van de detectie door de neurotransmitterdichtheid op het oppervlak van de glasparels aan te passen tijdens fMIP-NP-synthese. Bovendien bleek de materiaalkeuze voor het fixeren van de neurotransmitters een cruciale rol te spelen in de detectiespecificiteit. De onderzoekers ontdekten dat gemengd silaan beter is dan puur silaan voor het hechten van de neurotransmitters, serotonine en dopamine, aan het glaspareloppervlak. De fMIP-NP's gesynthetiseerd met behulp van gemengd silaan, detecteerden specifiek serotonine en dopamine. Die gesynthetiseerd met pure silaan resulteerden daarentegen in niet-specifieke fMIP-NP's die reageerden op niet-doelwit-neurotransmitters, waardoor ze ten onrechte werden geïdentificeerd als serotonine en dopamine. Evenzo bleek poly ([2- (methacryloyloxy) ethyl] trimethylammoniumchloride (METMAC) -co-methacrylamide) maar niet METMAC-homopolymeer een effectieve dummy-template van de neurotransmitter acetylcholine te zijn. Terwijl de eerste fMIP-NP's produceerde die selectief acetylcholine detecteerden, leidde de laatste tot niet-reagerende nanodeeltjes. Deze resultaten tonen de haalbaarheid aan van fMIP-NP's bij de selectieve detectie van neurotransmitters die vrijkomen in onze hersenen. "Het in beeld brengen van de hersenen met deze nieuwe techniek zou de relatie tussen de diffusie van neurotransmitters en hersenactiviteit kunnen onthullen. Dit kan ons op zijn beurt helpen neurologische aandoeningen te behandelen en zelfs geavanceerde computers te maken die menselijke hersenfuncties nabootsen”, zegt professor Yoshimi, die enthousiast is over het innovatieve onderzoek.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php