Utvecklar nanosonder för att upptäcka signalsubstanser i hjärnan

03 mars 2023 (Nanowerk Nyheter) Djurhjärnan består av tiotals miljarder neuroner eller nervceller som utför komplexa uppgifter som att bearbeta känslor, lära och göra bedömningar genom att kommunicera med varandra via signalsubstanser. Dessa små signalmolekyler diffunderar – rör sig från områden med hög till låg koncentration – mellan neuroner och fungerar som kemiska budbärare. Forskare tror att denna diffusiva rörelse kan vara kärnan i hjärnans överlägsna funktion. Därför har de syftat till att förstå vilken roll specifika neurotransmittorer har genom att detektera deras frisättning i hjärnan med hjälp av amperometriska och mikrodialysmetoder. Dessa metoder ger emellertid otillräcklig information, vilket kräver bättre avkänningstekniker. För detta ändamål utvecklade forskare en optisk avbildningsmetod där proteinsonder ändrar sin fluorescensintensitet vid upptäckt av en specifik neurotransmittor. Nyligen har en grupp forskare från Shibaura Institute of Technology i Japan under ledning av professor Yasuo Yoshimi tagit denna idé vidare. De har framgångsrikt syntetiserat fluorescerande molekylärt präglade polymera nanopartiklar (fMIP-NPs) som fungerar som sonder för att detektera specifika neurotransmittorer - serotonin, dopamin och acetylkolin. Det är särskilt svårt att utveckla sådana sonder hittills. Deras banbrytande arbete, publicerat i tidskriften nanomaterial ("Syntes av fluorescerande molekylärt präglade polymernanopartiklar som känner av små neurotransmittorer med hög selektivitet med hjälp av immobiliserade mallar med reglerad ytdensitet"). har syntetiserat fluorescerande molekylärt präglade polymera nanopartiklar (fMIP-NPs) som fungerar som sonder för att detektera specifika små neurotransmittorer som serotonin, dopamin och acetylkolin. (Bild: Prof. Yasuo Yoshimi, SIT) Prof. Yoshimi förklarar kort grunderna för fMIP-NP-syntes. – Det handlar om flera steg. Först fixeras målneurotransmittorn som ska detekteras på en yta av glaspärlor. Därefter polymeriserar monomerer (byggstenar av polymerer) med olika funktioner - detektion, tvärbindning och fluorescens - runt pärlorna och omsluter signalsubstansen. Den resulterande polymeren tvättas sedan ut för att erhålla en nanopartikel med neurotransmittorstrukturen präglad som en kavitet. Den kommer bara att passa målsignalsändaren, precis som bara en speciell nyckel kan öppna ett lås. Därför kan fMIP-NPs upptäcka sina motsvarande neurotransmittorer i hjärnan." När målneurotransmittorerna passar in i kaviteten sväller fMIP-NP:erna och blir större. Forskarna föreslår att detta ökar avståndet mellan de fluorescerande monomererna, vilket i sin tur minskar deras interaktioner, inklusive självsläckning som undertrycker fluorescens, med varandra. Som ett resultat förstärks fluorescensintensiteten, vilket indikerar närvaron av neurotransmittorerna. Forskarna förbättrade sin selektivitet för detektionen genom att justera neurotransmittortätheten på ytan av glaspärlorna under fMIP-NP-syntes. Dessutom visade sig valet av material för fixering av neurotransmittorerna spela en avgörande roll för detektionsspecificiteten. Forskarna fann att blandad silan är bättre än ren silan för att fästa signalsubstanserna serotonin och dopamin på glaspärlans yta. fMIP-NPs syntetiserade med hjälp av blandad silan detekterade specifikt serotonin och dopamin. Däremot resulterade de som syntetiserades med ren silan i ospecifika fMIP-NPs som svarade på icke-målsignalsubstanser och identifierade dem felaktigt som serotonin och dopamin. På samma sätt befanns poly([2-(metakryloyloxi)etyl]trimetylammoniumklorid (METMAC)-sammetakrylamid) men inte METMAC-homopolymer vara en effektiv blindmal av neurotransmittorn acetylkolin. Medan den förra producerade fMIP-NPs som selektivt detekterade acetylkolin, ledde den senare till nanopartiklar som inte svarade. Dessa resultat visar genomförbarheten av fMIP-NPs i selektiv detektering av neurotransmittorer som frigörs i vår hjärna. "Att avbilda hjärnan med denna nya teknik kan avslöja sambandet mellan neurotransmittordiffusion och hjärnaktivitet. Detta kan i sin tur hjälpa oss att behandla neurologiska sjukdomar och till och med skapa avancerade datorer som efterliknar mänskliga hjärnfunktioner”, säger professor Yoshimi, som är entusiastisk över den innovativa forskningen.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php