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

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Trang Chủ > Ấn Bản > Phát triển đầu dò nano để phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh trong não: Các nhà nghiên cứu tổng hợp các hạt nano polymer được in dấu phân tử huỳnh quang để cảm nhận các phân tử dẫn truyền thần kinh nhỏ và hiểu cách chúng chi phối hoạt động của não

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Shibaura đã tổng hợp các hạt nano polyme in dấu phân tử huỳnh quang (fMIP-NP) đóng vai trò là đầu dò để phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh nhỏ cụ thể như serotonin, dopamine và acetylcholine. TÍN DỤNG
Giáo sư Yasuo Yoshimi từ SIT, Nhật Bản

Tóm tắt:
Bộ não động vật bao gồm hàng chục tỷ tế bào thần kinh hoặc tế bào thần kinh thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như xử lý cảm xúc, học hỏi và đưa ra phán đoán bằng cách giao tiếp với nhau thông qua các chất dẫn truyền thần kinh. Những phân tử tín hiệu nhỏ này khuếch tán – di chuyển từ vùng có nồng độ cao đến thấp – giữa các tế bào thần kinh, đóng vai trò là sứ giả hóa học. Các nhà khoa học tin rằng chuyển động khuếch tán này có thể là trung tâm của chức năng ưu việt của não bộ. Do đó, họ đã nhằm mục đích tìm hiểu vai trò của các chất dẫn truyền thần kinh cụ thể bằng cách phát hiện sự giải phóng của chúng trong não bằng phương pháp đo dòng điện và vi lọc. Tuy nhiên, các phương pháp này cung cấp không đủ thông tin, đòi hỏi các kỹ thuật cảm biến tốt hơn.

Phát triển các đầu dò nano để phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh trong não: Các nhà nghiên cứu tổng hợp các hạt nano polyme in dấu phân tử huỳnh quang để cảm nhận các phân tử dẫn truyền thần kinh nhỏ và hiểu cách chúng chi phối hoạt động của não

Shibaura, Nhật Bản | Đăng ngày 3 tháng 2023 năm XNUMX

Cuối cùng, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp chụp ảnh quang học trong đó các đầu dò protein thay đổi cường độ huỳnh quang của chúng khi phát hiện một chất dẫn truyền thần kinh cụ thể. Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Shibaura ở Nhật Bản do Giáo sư Yasuo Yoshimi đứng đầu đã đưa ra ý tưởng này. Họ đã tổng hợp thành công các hạt nano polyme in dấu phân tử huỳnh quang (fMIP-NP) đóng vai trò là chất thăm dò để phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh cụ thể–serotonin, dopamine và acetylcholine. Đáng chú ý, cho đến nay việc phát triển các đầu dò như vậy vẫn được coi là khó khăn. Công trình đột phá của họ, được xuất bản trong Tập 13, Số 1 của tạp chí Vật liệu nano vào ngày 3 tháng 2023 năm XNUMX, có sự đóng góp của ông Yuto Katsumata, ông Naoya Osawa, ông Neo Ogishita và ông Ryota Kadoya.

Giáo sư Yoshimi giải thích ngắn gọn các nguyên tắc cơ bản của quá trình tổng hợp fMIP-NP. “Nó bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, chất dẫn truyền thần kinh mục tiêu được phát hiện được cố định trên bề mặt hạt thủy tinh. Tiếp theo, các monome (các khối polyme xây dựng) với các chức năng khác nhau – phát hiện, liên kết ngang và phát huỳnh quang – trùng hợp xung quanh các hạt, bao bọc chất dẫn truyền thần kinh. Polyme thu được sau đó được rửa sạch để thu được một hạt nano có cấu trúc chất dẫn truyền thần kinh được in dưới dạng một lỗ hổng. Nó sẽ chỉ khớp với chất dẫn truyền thần kinh mục tiêu, giống như chỉ một chiếc chìa khóa cụ thể mới có thể mở được ổ khóa. Do đó, các fMIP-NP có thể phát hiện các chất dẫn truyền thần kinh tương ứng của chúng trong não.”

Khi các chất dẫn truyền thần kinh mục tiêu nằm gọn trong khoang, các fMIP-NP sưng lên và lớn hơn. Các nhà nghiên cứu cho rằng điều này làm tăng khoảng cách giữa các đơn phân huỳnh quang, do đó, làm giảm tương tác của chúng, bao gồm cả quá trình tự dập tắt ngăn chặn sự phát huỳnh quang, với nhau. Kết quả là, cường độ huỳnh quang được tăng cường, cho thấy sự hiện diện của chất dẫn truyền thần kinh. Các nhà nghiên cứu đã cải thiện tính chọn lọc của phát hiện bằng cách điều chỉnh mật độ chất dẫn truyền thần kinh trên bề mặt của các hạt thủy tinh trong quá trình tổng hợp fMIP-NP.

Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu để cố định các chất dẫn truyền thần kinh đã được phát hiện đóng một vai trò quan trọng trong tính đặc hiệu của phát hiện. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng silan hỗn hợp tốt hơn silan nguyên chất trong việc gắn chất dẫn truyền thần kinh serotonin và dopamine lên bề mặt hạt thủy tinh. Các fMIP-NP được tổng hợp bằng cách sử dụng silane hỗn hợp được phát hiện đặc biệt serotonin và dopamine. Ngược lại, những chất được tổng hợp bằng silane tinh khiết dẫn đến các fMIP-NP không đặc hiệu phản ứng với các chất dẫn truyền thần kinh không phải mục tiêu, xác định chúng không chính xác là serotonin và dopamine. Tương tự như vậy, poly([2-(methacryloyloxy)etyl] trimethylammonium clorua (METMAC)-co-methacrylamit) chứ không phải homopolyme METMAC được phát hiện là khuôn giả hiệu quả của chất dẫn truyền thần kinh acetylcholin. Trong khi các fMIP-NP được sản xuất trước đây phát hiện có chọn lọc acetylcholine, thì loại sau lại dẫn đến các hạt nano không phản ứng.

Những kết quả này chứng minh tính khả thi của fMIP-NP trong việc phát hiện có chọn lọc các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng trong não của chúng ta. “Chụp ảnh não bằng kỹ thuật mới này có thể tiết lộ mối quan hệ giữa sự khuếch tán chất dẫn truyền thần kinh và hoạt động của não. Đổi lại, điều này có thể giúp chúng ta điều trị các bệnh về thần kinh và thậm chí tạo ra các máy tính tiên tiến bắt chước các chức năng của não người,” Giáo sư Yoshimi, người rất hào hứng với nghiên cứu đổi mới, cho biết.

Đây là hy vọng rằng tương lai mà anh ấy hình dung sẽ sớm thành hiện thực!

####

Giới thiệu về Học viện Công nghệ Shibaura
Học viện Công nghệ Shibaura (SIT) là một trường đại học tư thục có cơ sở ở Tokyo và Saitama. Kể từ khi thành lập trường tiền thân, Trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại Tokyo, vào năm 1927, trường đã duy trì triết lý “học thông qua thực hành” trong việc đào tạo kỹ sư. SIT là trường đại học khoa học và kỹ thuật tư nhân duy nhất được chọn cho Dự án Đại học Toàn cầu Hàng đầu do Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, Khoa học và Công nghệ tài trợ và sẽ nhận được hỗ trợ từ Bộ trong 10 năm bắt đầu từ năm học 2014. Phương châm của nó, "Nuôi dưỡng các kỹ sư học hỏi từ xã hội và đóng góp cho xã hội", phản ánh sứ mệnh bồi dưỡng các nhà khoa học và kỹ sư có thể đóng góp cho sự phát triển bền vững của thế giới bằng cách cho hơn 8,000 sinh viên của họ tiếp xúc với môi trường đa dạng về văn hóa, nơi họ học cách đối phó , hợp tác và liên hệ với các sinh viên từ khắp nơi trên thế giới.

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

Giới thiệu về Giáo sư Yasuo Yoshimi từ SIT, Nhật Bản
Yasuo Yoshimi là Giáo sư tại Khoa Hóa học Ứng dụng tại Viện Công nghệ Shibaura (SIT) ở Nhật Bản. Ông lấy bằng tiến sĩ. Tiến sĩ Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Waseda, Nhật Bản năm 1995. Giáo sư Yoshimi tích cực tham gia vào các lĩnh vực kỹ thuật hóa học, điện hóa học, hóa lý và hóa học đại phân tử. Trong ba thập kỷ qua, ông đã xuất bản khoảng 100 bài báo nghiên cứu với hơn 1,000 trích dẫn. Nhóm nghiên cứu của ông tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hóa học phát triển các cảm biến để đo nồng độ thuốc trong máu và trực quan hóa quá trình tiết chất dẫn truyền thần kinh trong não bằng cách sử dụng các đại phân tử được in dấu phân tử.

Thông tin tài trợ
Công trình này được hỗ trợ một phần bởi Trợ cấp Nghiên cứu Khoa học từ Hiệp hội Xúc tiến Khoa học Nhật Bản (JSPS KAKENHI) (Số tài trợ 17H02088) và Tài trợ Nghiên cứu từ Quỹ Xúc tiến Công nghệ Khoa học Vật liệu của Nhật Bản (2017) .

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Vương Vũ
Viện công nghệ Shibaura

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: