Разработка нанозондов для обнаружения нейротрансмиттеров в головном мозге

03 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) Мозг животных состоит из десятков миллиардов нейронов или нервных клеток, которые выполняют сложные задачи, такие как обработка эмоций, обучение и вынесение суждений, общаясь друг с другом через нейротрансмиттеры. Эти небольшие сигнальные молекулы диффундируют — перемещаются из областей с высокой концентрацией в области с низкой — между нейронами, действуя как химические мессенджеры. Ученые считают, что это диффузионное движение может лежать в основе превосходной функции мозга. Поэтому они стремились понять роль конкретных нейротрансмиттеров, обнаружив их высвобождение в головном мозге с помощью методов амперометрии и микродиализа. Однако эти методы дают недостаточную информацию, что требует более совершенных методов обнаружения. С этой целью ученые разработали метод оптической визуализации, в котором белковые зонды изменяют интенсивность своей флуоресценции при обнаружении определенного нейротрансмиттера. Недавно группа исследователей из Технологического института Сибаура в Японии под руководством профессора Ясуо Йошими развила эту идею. Они успешно синтезировали флуоресцентные полимерные наночастицы с молекулярным отпечатком (fMIP-NP), которые служат в качестве зондов для обнаружения специфических нейротрансмиттеров — серотонина, дофамина и ацетилхолина. Примечательно, что до сих пор разработка таких зондов считалась сложной задачей. Их новаторская работа, опубликованная в журнале Наноматериалы («Синтез флуоресцентных молекулярно-импринтированных полимерных наночастиц, чувствительных к малым нейротрансмиттерам с высокой селективностью, с использованием иммобилизованных шаблонов с регулируемой поверхностной плотностью»). синтезировали флуоресцентные полимерные наночастицы с молекулярным отпечатком (fMIP-NP), которые служат в качестве зондов для обнаружения специфических малых нейротрансмиттеров, таких как серотонин, дофамин и ацетилхолин. (Изображение: профессор Ясуо Йошими, SIT) Профессор Йошими кратко объясняет основы синтеза fMIP-NP. «Это включает в себя несколько шагов. Во-первых, целевой нейротрансмиттер, который необходимо обнаружить, фиксируется на поверхности стеклянных шариков. Затем вокруг гранул полимеризуются мономеры (строительные блоки полимеров) с различными функциями — обнаружение, сшивание и флуоресценция, обволакивающие нейротрансмиттер. Полученный полимер затем промывают, чтобы получить наночастицу со структурой нейротрансмиттера, отпечатанной в виде полости. Он будет соответствовать только целевому нейротрансмиттеру, точно так же, как только определенный ключ может открыть замок. Следовательно, fMIP-NP могут обнаруживать соответствующие нейротрансмиттеры в головном мозге». Когда нейротрансмиттеры-мишени помещаются внутрь полости, fMIP-NP набухают и становятся больше. Исследователи предполагают, что это увеличивает расстояние между флуоресцентными мономерами, что, в свою очередь, уменьшает их взаимодействия друг с другом, включая самогашение, подавляющее флуоресценцию. В результате усиливается интенсивность флуоресценции, что указывает на присутствие нейротрансмиттеров. Исследователи улучшили свою селективность обнаружения, отрегулировав плотность нейротрансмиттера на поверхности стеклянных шариков во время синтеза fMIP-NP. Кроме того, было обнаружено, что выбор материала для фиксации нейротрансмиттеров играет решающую роль в специфичности обнаружения. Исследователи обнаружили, что смешанный силан лучше, чем чистый силан, для прикрепления нейротрансмиттеров, серотонина и дофамина, к поверхности стеклянных шариков. fMIP-NP, синтезированные с использованием смешанных силанов, специфически обнаруживали серотонин и дофамин. Напротив, те, которые были синтезированы с использованием чистого силана, приводили к неспецифическим fMIP-NP, которые реагировали на нецелевые нейротрансмиттеры, неправильно идентифицируя их как серотонин и дофамин. Точно так же было обнаружено, что поли([2-(метакрилоилокси)этил]триметиламмонийхлорид (МЕТМАХ)-со-метакриламид), но не гомополимер МЕТМАХ, является эффективной фиктивной матрицей нейротрансмиттера ацетилхолина. В то время как первый производил fMIP-NP, которые избирательно обнаруживали ацетилхолин, второй приводил к невосприимчивым наночастицам. Эти результаты демонстрируют возможности fMIP-NP для селективного обнаружения нейротрансмиттеров, высвобождаемых в нашем мозгу. «Визуализация мозга с помощью этой новой техники может выявить взаимосвязь между диффузией нейротрансмиттеров и активностью мозга. Это, в свою очередь, может помочь нам в лечении неврологических заболеваний и даже в создании передовых компьютеров, имитирующих функции человеческого мозга», — сказал профессор Йошими, который с энтузиазмом относится к инновационным исследованиям.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php