Developing Nanoprobes To Detect Neurotransmitters In The Brain: Researchers Synthesize Fluorescent Molecularly Imprinted Polymer Nanoparticles To Sense Small Neurotransmitter Molecules And Understand How They Govern Brain Activity

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Ανάπτυξη νανο-ανιχνευτών για την ανίχνευση νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο: Οι ερευνητές συνθέτουν φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα νανοσωματίδια πολυμερούς για να ανιχνεύσουν μικρά μόρια νευροδιαβιβαστών και να κατανοήσουν πώς διέπουν την εγκεφαλική δραστηριότητα

Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura συνέθεσαν φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερικά νανοσωματίδια (fMIP-NPs) που χρησιμεύουν ως ανιχνευτές για την ανίχνευση συγκεκριμένων μικρών νευροδιαβιβαστών όπως η σεροτονίνη, η ντοπαμίνη και η ακετυλοχολίνη. ΠΙΣΤΩΣΗ
Καθ. Yasuo Yoshimi από το SIT, Ιαπωνία

Περίληψη:
Ο εγκέφαλος των ζώων αποτελείται από δεκάδες δισεκατομμύρια νευρώνες ή νευρικά κύτταρα που εκτελούν πολύπλοκες εργασίες όπως η επεξεργασία συναισθημάτων, η μάθηση και η κρίση, επικοινωνώντας μεταξύ τους μέσω νευροδιαβιβαστών. Αυτά τα μικρά μόρια σηματοδότησης διαχέονται - μετακινούνται από περιοχές υψηλής σε χαμηλή συγκέντρωση - μεταξύ νευρώνων, ενεργώντας ως χημικοί αγγελιοφόροι. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαχυτική κίνηση μπορεί να βρίσκεται στην καρδιά της ανώτερης λειτουργίας του εγκεφάλου. Ως εκ τούτου, έχουν στόχο να κατανοήσουν τον ρόλο συγκεκριμένων νευροδιαβιβαστών ανιχνεύοντας την απελευθέρωσή τους στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας αμπερομετρικές μεθόδους και μεθόδους μικροδιάλυσης. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι παρέχουν ανεπαρκείς πληροφορίες, απαιτώντας καλύτερες τεχνικές ανίχνευσης.

Ανάπτυξη νανο-ανιχνευτών για την ανίχνευση νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο: Οι ερευνητές συνθέτουν φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα νανοσωματίδια πολυμερούς για να ανιχνεύσουν μικρά μόρια νευροδιαβιβαστών και να κατανοήσουν πώς διέπουν την εγκεφαλική δραστηριότητα

Shibaura, Ιαπωνία | Δημοσιεύτηκε στις 3 Μαρτίου 2023

Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο οπτικής απεικόνισης όπου οι πρωτεϊνικοί ανιχνευτές αλλάζουν την ένταση φθορισμού τους κατά την ανίχνευση ενός συγκεκριμένου νευροδιαβιβαστή. Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura στην Ιαπωνία με επικεφαλής τον καθηγητή Yasuo Yoshimi προώθησε αυτήν την ιδέα. Έχουν συνθέσει με επιτυχία φθορίζοντα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερικά νανοσωματίδια (fMIP-NPs) που χρησιμεύουν ως ανιχνευτές για την ανίχνευση συγκεκριμένων νευροδιαβιβαστών –σεροτονίνη, ντοπαμίνη και ακετυλοχολίνη. Σημειωτέον, η ανάπτυξη τέτοιων ανιχνευτών θεωρείται δύσκολη μέχρι στιγμής. Το πρωτοποριακό έργο τους, που δημοσιεύτηκε στον τόμο 13, τεύχος 1 του περιοδικού Nanomaterials στις 3 Ιανουαρίου 2023 περιλαμβάνει συνεισφορές από τους κ. Yuto Katsumata, κ. Naoya Osawa, κ. Neo Ogishita και Ryota Kadoya.

Ο καθηγητής Yoshimi εξηγεί συνοπτικά τις βασικές αρχές της σύνθεσης fMIP-NP. «Περιλαμβάνει πολλά βήματα. Πρώτον, ο νευροδιαβιβαστής στόχος που πρόκειται να ανιχνευθεί στερεώνεται σε μια επιφάνεια γυάλινων σφαιριδίων. Στη συνέχεια, μονομερή (δομικά στοιχεία πολυμερών) με διαφορετικές λειτουργίες – ανίχνευση, διασύνδεση και φθορισμό – πολυμερίζονται γύρω από τα σφαιρίδια, περιβάλλοντας τον νευροδιαβιβαστή. Το προκύπτον πολυμερές στη συνέχεια ξεπλένεται για να ληφθεί ένα νανοσωματίδιο με τη δομή του νευροδιαβιβαστή αποτυπωμένη ως κοιλότητα. Θα ταιριάζει μόνο στον νευροδιαβιβαστή στόχο, όπως μόνο ένα συγκεκριμένο κλειδί μπορεί να ανοίξει μια κλειδαριά. Ως εκ τούτου, τα fMIP-NPs μπορούν να ανιχνεύσουν τους αντίστοιχους νευροδιαβιβαστές τους στον εγκέφαλο».

Όταν οι νευροδιαβιβαστές-στόχοι χωρούν μέσα στην κοιλότητα, τα fMIP-NP διογκώνονται και γίνονται μεγαλύτερα. Οι ερευνητές προτείνουν ότι αυτό αυξάνει την απόσταση μεταξύ των φθοριζόντων μονομερών που, με τη σειρά τους, μειώνει τις αλληλεπιδράσεις τους, συμπεριλαμβανομένης της αυτοσβέσης που καταστέλλει τον φθορισμό, μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα, η ένταση του φθορισμού ενισχύεται, υποδεικνύοντας την παρουσία των νευροδιαβιβαστών. Οι ερευνητές βελτίωσαν την επιλεκτικότητά τους στην ανίχνευση προσαρμόζοντας την πυκνότητα του νευροδιαβιβαστή στην επιφάνεια των γυάλινων σφαιριδίων κατά τη διάρκεια της σύνθεσης fMIP-NP.

Επιπρόσθετα, η επιλογή του υλικού για τη στερέωση των νευροδιαβιβαστών βρέθηκε να παίζει κρίσιμο ρόλο στην ειδικότητα ανίχνευσης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το αναμεμειγμένο σιλάνιο είναι καλύτερο από το καθαρό σιλάνιο για τη σύνδεση των νευροδιαβιβαστών, της σεροτονίνης και της ντοπαμίνης, στην επιφάνεια του γυάλινου σφαιριδίου. Τα fMIP-NP που συντέθηκαν χρησιμοποιώντας αναμεμειγμένο σιλάνιο ανίχνευσαν ειδικά σεροτονίνη και ντοπαμίνη. Αντίθετα, αυτά που συντέθηκαν χρησιμοποιώντας καθαρό σιλάνιο οδήγησαν σε μη ειδικά fMIP-NP που ανταποκρίθηκαν σε μη στοχευόμενους νευροδιαβιβαστές, αναγνωρίζοντάς τους εσφαλμένα ως σεροτονίνη και ντοπαμίνη. Ομοίως, το πολυ([2-(μεθακρυλοϋλοξυ)αιθυλ] χλωριούχο τριμεθυλαμμώνιο (METMAC)-συν-μεθακρυλαμίδιο) αλλά όχι το ομοπολυμερές METMAC βρέθηκε να είναι ένα αποτελεσματικό εικονικό πρότυπο του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη. Ενώ το πρώτο παρήγαγε fMIP-NPs που ανίχνευαν επιλεκτικά την ακετυλοχολίνη, το δεύτερο οδήγησε σε νανοσωματίδια που δεν ανταποκρίνονται.

Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν τη σκοπιμότητα των fMIP-NPs στην επιλεκτική ανίχνευση νευροδιαβιβαστών που απελευθερώνονται στον εγκέφαλό μας. «Η απεικόνιση του εγκεφάλου με αυτή τη νέα τεχνική θα μπορούσε να αποκαλύψει τη σχέση μεταξύ της διάχυσης των νευροδιαβιβαστών και της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να μας βοηθήσει να θεραπεύσουμε νευρολογικές ασθένειες και ακόμη και να δημιουργήσουμε προηγμένους υπολογιστές που μιμούνται τις λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου», δήλωσε ο καθηγητής Yoshimi, ο οποίος είναι ενθουσιασμένος με την καινοτόμο έρευνα.

Να ελπίζω ότι το μέλλον που οραματίζεται να πραγματοποιηθεί σύντομα!

####

Σχετικά με το Shibaura Institute of Technology
Το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura (SIT) είναι ένα ιδιωτικό πανεπιστήμιο με πανεπιστημιουπόλεις στο Τόκιο και στη Σαϊτάμα. Από την ίδρυση του προκάτοχού του, της Ανώτατης Σχολής Βιομηχανίας και Εμπορίου του Τόκιο, το 1927, διατηρεί τη «μάθηση μέσω της πρακτικής» ως τη φιλοσοφία της στην εκπαίδευση των μηχανικών. Το SIT ήταν το μοναδικό ιδιωτικό πανεπιστήμιο επιστήμης και μηχανικής που επιλέχθηκε για το Top Global University Project που χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Παιδείας, Πολιτισμού, Αθλητισμού, Επιστήμης και Τεχνολογίας και θα λάβει υποστήριξη από το υπουργείο για 10 χρόνια ξεκινώντας από το ακαδημαϊκό έτος 2014. Το σύνθημά του, «Παρέχοντας μηχανικούς που μαθαίνουν από την κοινωνία και συμβάλλουν στην κοινωνία», αντικατοπτρίζει την αποστολή του να ενθαρρύνει επιστήμονες και μηχανικούς που μπορούν να συμβάλουν στη βιώσιμη ανάπτυξη του κόσμου, εκθέτοντας πάνω από 8,000 μαθητές τους σε πολιτισμικά διαφορετικά περιβάλλοντα, όπου μαθαίνουν να αντιμετωπίζουν , συνεργαστείτε και συνδεθείτε με συναδέλφους μαθητές από όλο τον κόσμο.

Ιστοσελίδα: https://www.shibaura-it.ac.jp/en/

Σχετικά με τον καθηγητή Yasuo Yoshimi από το SIT της Ιαπωνίας
Ο Yasuo Yoshimi είναι καθηγητής στο Τμήμα Εφαρμοσμένης Χημείας στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Shibaura (SIT) στην Ιαπωνία. Απέκτησε Ph.D. στη Χημική Μηχανική από το Πανεπιστήμιο Waseda της Ιαπωνίας το 1995. Ο καθηγητής Yoshimi συμμετέχει ενεργά στους τομείς της χημικής μηχανικής, της ηλεκτροχημείας και της φυσικής και μακρομοριακής χημείας. Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, έχει δημοσιεύσει περίπου 100 ερευνητικά άρθρα με πάνω από 1,000 αναφορές στο ενεργητικό του. Η ερευνητική του ομάδα στο Εργαστήριο Χημικής Μηχανικής αναπτύσσει αισθητήρες για τη μέτρηση των επιπέδων του φαρμάκου στο αίμα και την οπτικοποίηση της έκκρισης νευροδιαβιβαστών στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας μοριακά αποτυπωμένα μακρομόρια.

Πληροφορίες χρηματοδότησης
Αυτή η εργασία υποστηρίζεται εν μέρει από Grants‐in‐Aid for Scientific Research από την Ιαπωνική Εταιρεία για την Προώθηση της Επιστήμης (JSPS KAKENHI) (Αριθμός επιχορήγησης 17H02088) και μια ερευνητική επιχορήγηση από το Ίδρυμα για την Προώθηση της Τεχνολογίας της Επιστήμης των Υλικών της Ιαπωνίας (2017) .

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Γουάνγκ Γιου
Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura

Πνευματικά δικαιώματα © Shibaura Institute of Technology

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: