Razvijanje nanosond za odkrivanje nevrotransmiterjev v možganih

03. marec 2023 (Nanowerk novice) Živalski možgani so sestavljeni iz več deset milijard nevronov ali živčnih celic, ki opravljajo kompleksne naloge, kot so obdelava čustev, učenje in presojanje, tako da komunicirajo med seboj prek nevrotransmiterjev. Te majhne signalne molekule difundirajo – premikajo se od območij z visoko do nizko koncentracijo – med nevroni in delujejo kot kemični prenašalci sporočil. Znanstveniki verjamejo, da je to razpršeno gibanje morda v središču vrhunske funkcije možganov. Zato so si prizadevali razumeti vlogo specifičnih nevrotransmiterjev z odkrivanjem njihovega sproščanja v možganih z uporabo amperometričnih in mikrodializnih metod. Vendar te metode zagotavljajo premalo informacij, zato so potrebne boljše tehnike zaznavanja. V ta namen so znanstveniki razvili metodo optičnega slikanja, pri kateri beljakovinske sonde spremenijo svojo intenzivnost fluorescence, ko zaznajo določen nevrotransmiter. Pred kratkim je skupina raziskovalcev s tehnološkega inštituta Shibaura na Japonskem pod vodstvom profesorja Yasua Yoshimija to zamisel podprla. Uspešno so sintetizirali fluorescentne molekularno vtisnjene polimerne nanodelce (fMIP-NP), ki služijo kot sonde za odkrivanje specifičnih nevrotransmiterjev – serotonina, dopamina in acetilholina. Razvijanje takšnih sond je bilo doslej težko. Njihovo prelomno delo, objavljeno v reviji nanomateriali ("Sinteza fluorescentnih molekularno vtisnjenih polimernih nanodelcev, ki zaznavajo majhne nevrotransmiterje z visoko selektivnostjo z uporabo imobiliziranih šablon z regulirano površinsko gostoto"). so sintetizirali fluorescentne molekularno vtisnjene polimerne nanodelce (fMIP-NP), ki služijo kot sonde za odkrivanje specifičnih majhnih nevrotransmiterjev, kot so serotonin, dopamin in acetilholin. (Slika: prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Prof. Yoshimi na kratko razloži osnove sinteze fMIP-NP. »Vključuje več korakov. Najprej je ciljni nevrotransmiter, ki ga je treba zaznati, pritrjen na površino steklenih kroglic. Nato se monomeri (gradniki polimerov) z različnimi funkcijami – zaznavanje, navzkrižno povezovanje in fluorescenca – polimerizirajo okoli kroglic in obdajo nevrotransmiter. Nastali polimer nato izperemo, da dobimo nanodelec s strukturo nevrotransmiterja, vtisnjeno kot votlina. Ustrezal bo samo ciljnemu nevrotransmiterju, tako kot lahko le določen ključ odpre ključavnico. Zato lahko fMIP-NP zaznajo svoje ustrezne nevrotransmiterje v možganih. Ko se ciljni nevrotransmiterji prilegajo notranjosti votline, fMIP-NP nabreknejo in postanejo večji. Raziskovalci kažejo, da to poveča razdaljo med fluorescenčnimi monomeri, kar posledično zmanjša njihove medsebojne interakcije, vključno s samo-gašenjem, ki zavira fluorescenco. Posledično se intenzivnost fluorescence poveča, kar kaže na prisotnost nevrotransmiterjev. Raziskovalci so izboljšali svojo selektivnost zaznavanja s prilagajanjem gostote nevrotransmiterjev na površini steklenih kroglic med sintezo fMIP-NP. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da ima izbira materiala za pritrditev nevrotransmiterjev ključno vlogo pri specifičnosti zaznavanja. Raziskovalci so ugotovili, da je mešani silan boljši od čistega silana za pritrditev nevrotransmiterjev, serotonina in dopamina, na površino steklenih kroglic. fMIP-NP, sintetizirani z mešanico silana, so posebej zaznali serotonin in dopamin. V nasprotju s tem so tisti, sintetizirani s čistim silanom, povzročili nespecifične fMIP-NP, ki so se odzvali na netarčne nevrotransmiterje in jih napačno identificirali kot serotonin in dopamin. Podobno je bilo ugotovljeno, da je poli([2-(metakriloiloksi)etil] trimetilamonijev klorid (METMAC)-ko-metakrilamid), vendar ne homopolimer METMAC, učinkovita lažna matrica nevrotransmiterja acetilholina. Medtem ko je prvi proizvedel fMIP-NP, ki je selektivno zaznal acetilholin, je drugi privedel do neodzivnih nanodelcev. Ti rezultati dokazujejo izvedljivost fMIP-NP pri selektivnem odkrivanju nevrotransmiterjev, ki se sproščajo v naših možganih. "Slikanje možganov s to novo tehniko bi lahko razkrilo razmerje med difuzijo nevrotransmiterjev in možgansko aktivnostjo. To pa nam lahko pomaga pri zdravljenju nevroloških bolezni in celo pri ustvarjanju naprednih računalnikov, ki posnemajo delovanje človeških možganov,« je nad inovativno raziskavo navdušen profesor Yoshimi.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php