Opracowanie nanosond do wykrywania neuroprzekaźników w mózgu

03 marca 2023 (Wiadomości Nanowerk) Mózg zwierząt składa się z dziesiątek miliardów neuronów lub komórek nerwowych, które wykonują złożone zadania, takie jak przetwarzanie emocji, uczenie się i dokonywanie ocen, komunikując się ze sobą za pośrednictwem neuroprzekaźników. Te małe cząsteczki sygnalizacyjne dyfundują – przemieszczają się z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu – między neuronami, działając jako przekaźniki chemiczne. Naukowcy uważają, że ten dyfuzyjny ruch może leżeć u podstaw nadrzędnej funkcji mózgu. Dlatego postanowili zrozumieć rolę określonych neuroprzekaźników poprzez wykrywanie ich uwalniania w mózgu za pomocą metod amperometrycznych i mikrodializy. Jednak metody te dostarczają niewystarczających informacji, co wymaga lepszych technik wykrywania. W tym celu naukowcy opracowali metodę obrazowania optycznego, w której sondy białkowe zmieniają intensywność fluorescencji po wykryciu określonego neuroprzekaźnika. Niedawno grupa naukowców z Shibaura Institute of Technology w Japonii, kierowana przez profesora Yasuo Yoshimi, rozwinęła ten pomysł. Udało im się zsyntetyzować fluorescencyjne nanocząsteczki polimerowe z nadrukiem molekularnym (fMIP-NP), które służą jako sondy do wykrywania określonych neuroprzekaźników – serotoniny, dopaminy i acetylocholiny. Warto zauważyć, że opracowanie takich sond było dotychczas uważane za trudne. Ich przełomowa praca została opublikowana w czasopiśmie Nanomateriały („Synteza fluorescencyjnych nanocząstek polimerowych z nadrukiem molekularnym wykrywających małe neuroprzekaźniki z wysoką selektywnością przy użyciu unieruchomionych szablonów o regulowanej gęstości powierzchniowej”). zsyntetyzowali fluorescencyjne nanocząsteczki polimerowe z nadrukiem molekularnym (fMIP-NP), które służą jako sondy do wykrywania określonych małych neuroprzekaźników, takich jak serotonina, dopamina i acetylocholina. (Zdj.: prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Prof. Yoshimi krótko wyjaśnia podstawy syntezy fMIP-NP. „Obejmuje to wiele etapów. Najpierw docelowy neuroprzekaźnik, który ma zostać wykryty, jest mocowany na powierzchni szklanych kulek. Następnie monomery (elementy budulcowe polimerów) o różnych funkcjach – wykrywania, sieciowania i fluorescencji – polimeryzują wokół kulek, otaczając neuroprzekaźnik. Otrzymany polimer jest następnie wypłukiwany w celu uzyskania nanocząstki ze strukturą neuroprzekaźnika odciśniętą jako wnęka. Będzie pasować tylko do docelowego neuroprzekaźnika, tak jak tylko konkretny klucz może otworzyć zamek. Dlatego fMIP-NP mogą wykrywać odpowiadające im neuroprzekaźniki w mózgu”. Kiedy docelowe neuroprzekaźniki mieszczą się w jamie, fMIP-NP pęcznieją i stają się większe. Naukowcy sugerują, że zwiększa to odległość między monomerami fluorescencyjnymi, co z kolei zmniejsza ich wzajemne interakcje, w tym samogaszenie, które tłumi fluorescencję. W rezultacie zwiększa się intensywność fluorescencji, co wskazuje na obecność neuroprzekaźników. Naukowcy poprawili swoją selektywność wykrywania, dostosowując gęstość neuroprzekaźników na powierzchni szklanych kulek podczas syntezy fMIP-NP. Ponadto stwierdzono, że wybór materiału do mocowania neuroprzekaźników odgrywa kluczową rolę w specyficzności detekcji. Naukowcy odkryli, że mieszany silan jest lepszy niż czysty silan do przyłączania neuroprzekaźników, serotoniny i dopaminy, do powierzchni szklanych kulek. fMIP-NP zsyntetyzowane przy użyciu mieszanego silanu specyficznie wykrywały serotoninę i dopaminę. Natomiast te zsyntetyzowane przy użyciu czystego silanu dały niespecyficzne fMIP-NP, które reagowały na neuroprzekaźniki inne niż docelowe, błędnie identyfikując je jako serotoninę i dopaminę. Podobnie stwierdzono, że poli([2-(metakryloiloksy)etylo]trimetyloamoniowy chlorek (METMAC)-ko-metakryloamid), ale nie homopolimer METMAC, jest skuteczną fikcyjną matrycą neuroprzekaźnika acetylocholiny. Podczas gdy pierwszy z nich wytwarzał fMIP-NP, które selektywnie wykrywały acetylocholinę, drugi prowadził do niereagujących nanocząstek. Wyniki te pokazują wykonalność fMIP-NP w selektywnym wykrywaniu neuroprzekaźników uwalnianych w naszym mózgu. „Obrazowanie mózgu za pomocą tej nowej techniki może ujawnić związek między dyfuzją neuroprzekaźników a aktywnością mózgu. To z kolei może pomóc nam leczyć choroby neurologiczne, a nawet tworzyć zaawansowane komputery naśladujące funkcje ludzkiego mózgu” – powiedział profesor Yoshimi, który jest entuzjastycznie nastawiony do innowacyjnych badań.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php