Nanokoettimien kehittäminen neurotransmitterien havaitsemiseksi aivoissa: Tutkijat syntetisoivat fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerinanohiukkasia havaitakseen pieniä välittäjäainemolekyylejä ja ymmärtääkseen, kuinka ne hallitsevat aivojen toimintaa

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Etusivu > lehdistö > Nanokoettimien kehittäminen välittäjäaineiden havaitsemiseksi aivoissa: Tutkijat syntetisoivat fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerinanohiukkasia havaitakseen pieniä välittäjäainemolekyylejä ja ymmärtääkseen, kuinka ne hallitsevat aivojen toimintaa

Shibaura Institute of Technologyn tutkijat ovat syntetisoineet fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerisiä nanopartikkeleita (fMIP-NP), jotka toimivat koettimina tiettyjen pienten välittäjäaineiden, kuten serotoniinin, dopamiinin ja asetyylikoliinin, havaitsemiseksi. LUOTTO
Professori Yasuo Yoshimi SIT:stä, Japanista

Tiivistelmä:
Eläimen aivot koostuvat kymmenistä miljardeista neuroneista tai hermosoluista, jotka suorittavat monimutkaisia tehtäviä, kuten tunteiden käsittelyä, oppimista ja arvioiden tekemistä kommunikoimalla toistensa kanssa välittäjäaineiden välityksellä. Nämä pienet signalointimolekyylit diffuusoituvat – siirtyvät korkean pitoisuuden alueilta matalan pitoisuuden alueille – hermosolujen välillä toimien kemiallisina lähettiläinä. Tutkijat uskovat, että tämä diffuusioliike saattaa olla aivojen ylivoimaisen toiminnan ydin. Siksi he ovat pyrkineet ymmärtämään tiettyjen välittäjäaineiden roolia havaitsemalla niiden vapautumisen aivoissa käyttämällä amperometrisia ja mikrodialyysimenetelmiä. Nämä menetelmät eivät kuitenkaan anna riittävästi tietoa, mikä edellyttää parempia tunnistustekniikoita.

Nanokoettimien kehittäminen välittäjäaineiden havaitsemiseksi aivoissa: Tutkijat syntetisoivat fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerinanohiukkasia havaitakseen pieniä välittäjäainemolekyylejä ja ymmärtääkseen, kuinka ne hallitsevat aivojen toimintaa

Shibaura, Japani | Julkaistu 3. maaliskuuta 2023

Tätä varten tutkijat kehittivät optisen kuvantamismenetelmän, jossa proteiinikoettimet muuttavat fluoresenssin intensiteettiään havaitessaan tietyn välittäjäaineen. Hiljattain professori Yasuo Yoshimin johtama tutkijaryhmä Shibaura Institute of Technologysta Japanista on vienyt tätä ajatusta eteenpäin. He ovat onnistuneesti syntetisoineet fluoresoivia molekyylipainotettuja polymeerisiä nanopartikkeleita (fMIP-NP), jotka toimivat koettimina spesifisten välittäjäaineiden - serotoniinin, dopamiinin ja asetyylikoliinin - havaitsemiseksi. Erityisesti tällaisten koettimien kehittämistä on pidetty toistaiseksi vaikeana. Heidän uraauurtavaan työhönsä, joka julkaistiin Nanomaterials-lehden 13. osassa, numero 1 3. tammikuuta 2023, ovat mukana Yuto Katsumata, Naoya Osawa, Neo Ogishita ja Ryota Kadoya.

Professori Yoshimi selittää lyhyesti fMIP-NP-synteesin perusteet. "Se sisältää useita vaiheita. Ensin tunnistettava kohdeneurotransmitteri kiinnitetään lasihelmien pinnalle. Seuraavaksi monomeerit (polymeerien rakennuspalikoita), joilla on eri toiminnot – havaitseminen, silloittaminen ja fluoresenssi – polymeroituvat helmien ympärille ja ympäröivät välittäjäaineen. Tuloksena oleva polymeeri pestään sitten pois nanopartikkelin saamiseksi, jonka välittäjäainerakenne on painettu onteloksi. Se sopii vain kohteena olevaan välittäjäaineeseen, aivan kuten vain tietty avain voi avata lukon. Näin ollen fMIP-NP:t voivat havaita vastaavat välittäjäaineet aivoissa."

Kun kohteena olevat välittäjäaineet mahtuvat ontelon sisään, fMIP-NP:t turpoavat ja kasvavat. Tutkijat ehdottavat, että tämä lisää fluoresoivien monomeerien välistä etäisyyttä, mikä puolestaan vähentää niiden vuorovaikutusta, mukaan lukien fluoresenssia vaimentava itsesammutus, toistensa kanssa. Tämän seurauksena fluoresenssin intensiteetti paranee, mikä osoittaa välittäjäaineiden läsnäolon. Tutkijat paransivat ilmaisun selektiivisyyttä säätämällä välittäjäaineiden tiheyttä lasihelmien pinnalla fMIP-NP-synteesin aikana.

Lisäksi hermovälittäjäaineiden kiinnitysmateriaalin valinnalla havaittiin olevan ratkaiseva rooli havaitsemisspesifisyydessä. Tutkijat havaitsivat, että sekoitettu silaani on parempi kuin puhdas silaani välittäjäaineiden, serotoniinin ja dopamiinin, kiinnittämiseksi lasihelmen pintaan. FMIP-NP:t, jotka syntetisoitiin käyttämällä sekoitettua silaania, havaitsivat spesifisesti serotoniinin ja dopamiinin. Sitä vastoin puhtaalla silaanilla syntetisoidut johtivat epäspesifisiin fMIP-NP:ihin, jotka reagoivat ei-kohteena oleviin välittäjäaineisiin tunnistaen ne väärin serotoniiniksi ja dopamiiniksi. Samoin poly([2-(metakryloyylioksi)etyyli]trimetyyliammoniumkloridi (METMAC)-ko-metakryyliamidi), mutta ei METMAC-homopolymeerin, havaittiin olevan hermovälittäjäaineen asetyylikoliinin tehokas valetemplaatti. Kun edellinen tuotti fMIP-NP:itä, jotka havaitsivat selektiivisesti asetyylikoliinia, jälkimmäinen johti reagoimattomiin nanopartikkeleihin.

Nämä tulokset osoittavat fMIP-NP:iden toteutettavuuden aivoissamme vapautuvien välittäjäaineiden selektiivisessä havaitsemisessa. "Aivojen kuvantaminen tällä uudella tekniikalla voi paljastaa välittäjäaineiden diffuusion ja aivojen toiminnan välisen suhteen. Tämä puolestaan voi auttaa meitä hoitamaan neurologisia sairauksia ja jopa luomaan kehittyneitä tietokoneita, jotka jäljittelevät ihmisen aivojen toimintaa”, sanoo professori Yoshimi, joka on innostunut innovatiivisesta tutkimuksesta.

Tässä on toivottavaa, että hänen visioima tulevaisuus toteutuu pian!

####

Tietoja Shibaura Institute of Technologysta
Shibaura Institute of Technology (SIT) on yksityinen yliopisto, jolla on kampuksia Tokiossa ja Saitamassa. Edeltäjänsä, Tokion teollisuus- ja kauppakorkeakoulun perustamisen jälkeen vuonna 1927, se on pitänyt insinöörien koulutuksessa filosofiana "oppimista käytännössä". SIT oli ainoa yksityinen tiede- ja tekniikan yliopisto, joka valittiin opetus-, kulttuuri-, urheilu-, tiede- ja teknologiaministeriön sponsoroimaan Top Global University -hankkeeseen. Se saa ministeriöltä tukea 10 vuoden ajan lukuvuodesta 2014 alkaen. Sen motto "Yrittää insinöörejä, jotka oppivat yhteiskunnasta ja edistävät yhteiskuntaa" heijastaa sen tehtävää edistää tutkijoita ja insinöörejä, jotka voivat myötävaikuttaa maailman kestävään kasvuun altistamalla yli 8,000 opiskelijaansa kulttuurisesti monimuotoiseen ympäristöön, jossa he oppivat selviytymään , tehdä yhteistyötä ja olla yhteydessä toisiin opiskelijoihin ympäri maailmaa.

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

Tietoja professori Yasuo Yoshimista SIT:stä, Japanista
Yasuo Yoshimi on Japanin Shibaura Institute of Technologyn (SIT) soveltavan kemian laitoksen professori. Hän sai Ph.D. Chemical Engineeringissä Wasedan yliopistosta Japanista vuonna 1995. Prof. Yoshimi on aktiivisesti mukana kemiantekniikan, sähkökemian sekä fysikaalisen ja makromolekyylikemian aloilla. Viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana hän on julkaissut noin 100 tutkimusartikkelia yli 1,000 lainauksella. Hänen tutkimusryhmänsä Chemical Engineering Laboratoryssa kehittää antureita veren lääkeainepitoisuuksien mittaamiseksi ja välittäjäaineiden erittymisen visualisoimiseksi aivoissa käyttämällä molekyylipainotettuja makromolekyylejä.

Rahoitustiedot
Tätä työtä tukevat osittain Japanin tieteellisen tutkimuksen Grants-in-Aids Science Promotion of Science (JSPS KAKENHI) (apurahanumero 17H02088) ja Japanin materiaalitieteellisen teknologian edistämissäätiön tutkimusapuraha (2017). .

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Wang Yu
Shibauran teknillinen instituutti

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: