开发纳米探针以检测大脑中的神经递质

03 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerk新闻）动物大脑由数百亿个神经元或神经细胞组成，这些神经元或神经细胞通过神经递质相互通信来执行复杂的任务，例如处理情绪、学习和做出判断。 这些小信号分子在神经元之间扩散（从高浓度区域移动到低浓度区域），充当化学信使。 科学家认为，这种扩散运动可能是大脑卓越功能的核心。 因此，他们的目标是通过使用电流分析和微透析方法检测特定神经递质在大脑中的释放来了解特定神经递质的作用。 然而，这些方法提供的信息不足，需要更好的传感技术。 为此，科学家开发了一种光学成像方法，其中蛋白质探针在检测到特定神经递质时改变其荧光强度。 最近，日本芝浦工业大学Yasuo Yoshimi教授领导的一组研究人员将这一想法向前推进。 他们成功合成了荧光分子印迹聚合物纳米颗粒（fMIP-NP），可用作检测特定神经递质（血清素、多巴胺和乙酰胆碱）的探针。 值得注意的是，迄今为止开发此类探测器被认为很困难。 他们的开创性工作发表在杂志上 纳米材料 (“使用具有调节表面密度的固定模板合成高选择性传感小神经递质的荧光分子印迹聚合物纳米颗粒”). 合成了荧光分子印迹聚合物纳米颗粒（fMIP-NP），可用作检测特定小神经递质（如血清素、多巴胺和乙酰胆碱）的探针。 （图片来源：SIT Yasuo Yoshimi 教授）Yoshimi 教授简要介绍了 fMIP-NP 合成的基本原理。 “这涉及多个步骤。 首先，将待检测的目标神经递质固定在玻璃珠表面。 接下来，具有不同功能（检测、交联和荧光）的单体（聚合物的组成部分）在珠子周围聚合，包裹神经递质。 然后冲洗所得聚合物以获得具有印有空腔的神经递质结构的纳米颗粒。 它只适合目标神经递质，就像只有特定的钥匙才能打开锁一样。 因此，fMIP-NP 可以检测大脑中相应的神经递质。” 当目标神经递质进入空腔时，fMIP-NP 就会膨胀并变大。 研究人员认为，这增加了荧光单体之间的距离，从而减少了它们之间的相互作用，包括抑制荧光的自猝灭作用。 结果，荧光强度增强，表明神经递质的存在。 研究人员通过在 fMIP-NP 合成过程中调整玻璃珠表面的神经递质密度来提高检测的选择性。 此外，发现用于固定神经递质的材料的选择在检测特异性中起着至关重要的作用。 研究人员发现，混合硅烷比纯硅烷更好地将神经递质、血清素和多巴胺附着到玻璃珠表面。 使用混合硅烷合成的 fMIP-NP 可专门检测血清素和多巴胺。 相比之下，使用纯硅烷合成的那些会产生非特异性 fMIP-NP，它们对非目标神经递质做出反应，将它们错误地识别为血清素和多巴胺。 同样，聚([2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(METMAC)-甲基丙烯酰胺)而非METMAC均聚物被发现是神经递质乙酰胆碱的有效虚拟模板。 前者产生的 fMIP-NP 可以选择性检测乙酰胆碱，而后者则产生无反应的纳米颗粒。 这些结果证明了 fMIP-NP 在选择性检测大脑中释放的神经递质方面的可行性。 “用这种新技术对大脑进行成像可以揭示神经递质扩散与大脑活动之间的关系。 这反过来又可以帮助我们治疗神经系统疾病，甚至创造出模仿人类大脑功能的先进计算机。”对这项创新研究充满热情的 Yoshimi 教授说道。

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62497.php