Udvikling af nanoprober til at opdage neurotransmittere i hjernen: Forskere syntetiserer fluorescerende molekylært prægede polymernanopartikler for at fornemme små neurotransmittermolekyler og forstå, hvordan de styrer hjerneaktivitet

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Udvikling af nanoprober til at detektere neurotransmittere i hjernen: Forskere syntetiserer fluorescerende molekylært prægede polymernanopartikler for at fornemme små neurotransmittermolekyler og forstå, hvordan de styrer hjerneaktivitet

Forskere fra Shibaura Institute of Technology har syntetiseret fluorescerende molekylært prægede polymere nanopartikler (fMIP-NP'er), der tjener som prober til at detektere specifikke små neurotransmittere som serotonin, dopamin og acetylcholin. KREDIT
Prof. Yasuo Yoshimi fra SIT, Japan

Abstract:
Dyrehjernen består af titusinder af neuroner eller nerveceller, der udfører komplekse opgaver som at behandle følelser, lære og foretage domme ved at kommunikere med hinanden via neurotransmittere. Disse små signalmolekyler diffunderer – bevæger sig fra områder med høj til lav koncentration – mellem neuroner og fungerer som kemiske budbringere. Forskere mener, at denne diffusive bevægelse kan være kernen i hjernens overlegne funktion. Derfor har de haft til formål at forstå rollen af specifikke neurotransmittere ved at detektere deres frigivelse i hjernen ved hjælp af amperometriske og mikrodialysemetoder. Disse metoder giver imidlertid utilstrækkelig information, hvilket nødvendiggør bedre sanseteknikker.

Udvikling af nanoprober til at detektere neurotransmittere i hjernen: Forskere syntetiserer fluorescerende molekylært prægede polymernanopartikler for at fornemme små neurotransmittermolekyler og forstå, hvordan de styrer hjerneaktivitet

Shibaura, Japan | Udgivet den 3. marts 2023

Til dette formål udviklede forskere en optisk billeddannelsesmetode, hvor proteinprober ændrer deres fluorescensintensitet ved påvisning af en specifik neurotransmitter. For nylig har en gruppe forskere fra Shibaura Institute of Technology i Japan ledet af professor Yasuo Yoshimi taget denne idé videre. De har med succes syntetiseret fluorescerende molekylært prægede polymere nanopartikler (fMIP-NP'er), der tjener som prober til at detektere specifikke neurotransmittere - serotonin, dopamin og acetylcholin. Det er især blevet anset for vanskeligt at udvikle sådanne sonder indtil videre. Deres banebrydende arbejde, offentliggjort i bind 13, udgave 1 af tidsskriftet Nanomaterials den 3. januar 2023, involverer bidrag fra hr. Yuto Katsumata, hr. Naoya Osawa, hr. Neo Ogishita og hr. Ryota Kadoya.

Prof. Yoshimi forklarer kort det grundlæggende i fMIP-NP-syntese. "Det involverer flere trin. Først fikseres målneurotransmitteren, der skal detekteres, på en glasperleoverflade. Dernæst polymeriserer monomerer (byggesten af polymerer) med forskellige funktioner - detektion, tværbinding og fluorescens - omkring perlerne og omslutter neurotransmitteren. Den resulterende polymer vaskes derefter ud for at opnå en nanopartikel med neurotransmitterstrukturen præget som et hulrum. Den passer kun til målneurotransmitteren, ligesom kun en bestemt nøgle kan åbne en lås. Derfor kan fMIP-NP'er detektere deres tilsvarende neurotransmittere i hjernen."

Når målneurotransmitterne passer ind i hulrummet, svulmer fMIP-NP'erne og bliver større. Forskerne foreslår, at dette øger afstanden mellem de fluorescerende monomerer, hvilket igen reducerer deres interaktioner, herunder selvslukning, der undertrykker fluorescens, med hinanden. Som et resultat øges fluorescensintensiteten, hvilket indikerer tilstedeværelsen af neurotransmitterne. Forskerne forbedrede deres selektivitet af detektionen ved at justere neurotransmitterdensiteten på overfladen af glasperlerne under fMIP-NP-syntese.

Derudover blev valget af materiale til fiksering af neurotransmitterne fundet at spille en afgørende rolle i detektionsspecificiteten. Forskerne fandt ud af, at blandet silan er bedre end ren silan til at binde neurotransmitterne, serotonin og dopamin, til glasperlens overflade. fMIP-NP'erne syntetiseret ved hjælp af blandet silan påviste specifikt serotonin og dopamin. I modsætning hertil resulterede de syntetiserede ved hjælp af ren silan i ikke-specifikke fMIP-NP'er, der reagerede på ikke-mål neurotransmittere, og identificerede dem forkert som serotonin og dopamin. Ligeledes blev poly([2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammoniumchlorid (METMAC)-co-methacrylamid) men ikke METMAC-homopolymer fundet at være en effektiv dummy-skabelon af neurotransmitteren acetylcholin. Mens førstnævnte producerede fMIP-NP'er, der selektivt detekterede acetylcholin, førte sidstnævnte til ikke-reagerende nanopartikler.

Disse resultater viser gennemførligheden af fMIP-NP'er i den selektive påvisning af neurotransmittere frigivet i vores hjerne. "Imagning af hjernen med denne nye teknik kan afsløre forholdet mellem neurotransmitters diffusion og hjerneaktivitet. Dette kan igen hjælpe os med at behandle neurologiske sygdomme og endda skabe avancerede computere, der efterligner menneskets hjernefunktioner,” siger professor Yoshimi, der er begejstret for den innovative forskning.

Her er til at håbe, at den fremtid, han forestillede sig, bliver realiseret snart!

####

Om Shibaura Institute of Technology
Shibaura Institute of Technology (SIT) er et privat universitet med campusser i Tokyo og Saitama. Siden etableringen af sin forgænger, Tokyo Higher School of Industry and Commerce, i 1927, har den fastholdt "læring gennem praksis" som sin filosofi i uddannelsen af ingeniører. SIT var det eneste private videnskabs- og ingeniøruniversitet udvalgt til Top Global University Project sponsoreret af Ministeriet for Undervisning, Kultur, Sport, Videnskab og Teknologi og vil modtage støtte fra ministeriet i 10 år fra og med det akademiske år 2014. Dens motto, "Nurturing ingeniører, der lærer af samfundet og bidrager til samfundet," afspejler dens mission om at fremme videnskabsmænd og ingeniører, der kan bidrage til verdens bæredygtige vækst ved at udsætte deres over 8,000 studerende for kulturelt forskelligartede miljøer, hvor de lærer at klare sig. , samarbejde og forholde dig til medstuderende fra hele verden.

Internet side: https://www.shibaura-it.ac.jp/en/

Om professor Yasuo Yoshimi fra SIT, Japan
Yasuo Yoshimi er professor ved Institut for Anvendt Kemi ved Shibaura Institute of Technology (SIT) i Japan. Han opnåede ph.d. i kemiteknik fra Waseda University, Japan i 1995. Prof. Yoshimi er aktivt involveret i områderne kemiteknik, elektrokemi og fysisk og makromolekylær kemi. I løbet af de sidste tre årtier har han publiceret omkring 100 forskningsartikler med over 1,000 citater på hans kredit. Hans forskergruppe ved Chemical Engineering Laboratory udvikler sensorer til at måle lægemiddelniveauer i blodet og visualisere neurotransmittersekretion i hjernen ved hjælp af molekylært prægede makromolekyler.

Finansieringsoplysninger
Dette arbejde er delvist støttet af Grants-in-Aid for Scientific Research fra Japan Society for the Promotion of Science (JSPS KAKENHI) (grantnummer 17H02088) og et forskningslegat fra Foundation for the Promotion of Material Science Technology of Japan (2017) .

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Wang Yu
Shibaura Institute of Technology

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: