Životinjski mozak se sastoji od desetina milijardi neurona ili nervnih ćelija koje obavljaju složene zadatke poput obrade emocija, učenja i donošenja presuda međusobno komunicirajući putem neurotransmitera. Ovi mali signalni molekuli difuzuju – kreću se od regiona visoke ka niskim koncentracijama – između neurona, delujući kao hemijski prenosioci.
Naučnici veruju da bi ovo difuzno kretanje moglo biti u srcu superiorne funkcije mozga. Zbog toga su imali za cilj da razumeju ulogu specifičnih neurotransmitera otkrivanjem njihovog oslobađanja u mozgu korišćenjem amperometrijskih i mikrodijaliznih metoda. Međutim, ove metode daju nedovoljne informacije, što zahteva bolje tehnike sensinga.
U tu svrhu, naučnici su razvili optičku metodu snimanja u kojoj proteinske sonde menjaju svoj intenzitet fluorescencije nakon otkrivanja specifičnog neurotransmitera. Nedavno je grupa istraživača sa Tehnološkog instituta Shibaura u Japanu predvođena profesorom Iasuo Ioshimijem pokrenula ovu ideju. Oni su uspešno sintetizovali fluorescentne molekularno utisnute polimerne nanočestice (fMIP-NP) koje služe kao sonde za otkrivanje specifičnih neurotransmitera – serotonina, dopamina i acetilholina.
Primetno je da se razvoj takvih sondi do sada smatrao teškim. Njihov rad, objavljen u Nanomaterijalima, uključuje doprinose g. Iuto Katsumate, g. Naoia Osave, g. Neo Ogishite i g. Riota Kadoia.
Prof. Jošimi ukratko objašnjava osnove fMIP-NP sinteze: „Uključuje više koraka. Prvo, ciljni neurotransmiter koji treba da se otkrije fiksira se na površinu staklenih perli. Zatim, monomeri (građevinski blokovi polimera) sa različitim funkcijama – detekcija, umrežavanje i fluorescencija – polimerizuju se oko perli, obavijajući neurotransmiter. Dobijeni polimer se zatim ispere da bi se dobila nanočestica sa strukturom neurotransmitera utisnuta kao šupljina. Ona će odgovarati samo ciljnom neurotransmiteru, baš kao i samo određeni ključ može otvoriti bravu. Dakle, fMIP-NP mogu otkriti svoje odgovarajuće neurotransmitere u mozgu.“
Kada se ciljni neurotransmiteri uklope u šupljinu, fMIP-NP nabubre i postaju sve veći. Istraživači sugerišu da ovo povećava rastojanje između fluorescentnih monomera što, zauzvrat, smanjuje njihove interakcije, uključujući samogašenje koje potiskuje fluorescenciju, međusobno. Kao rezultat, pojačan je intenzitet fluorescencije, što ukazuje na prisustvo neurotransmitera.
Istraživači su poboljšali svoju selektivnost detekcije podešavanjem gustine neurotransmitera na površini staklenih perli tokom fMIP-NP sinteze.
Pored toga, utvrđeno je da izbor materijala za fiksiranje neurotransmitera igra ključnu ulogu u specifičnosti detekcije. Istraživači su otkrili da je mešani silan bolji od čistog silana za vezivanje neurotransmitera, serotonina i dopamina, na površinu staklene perle. fMIP-NP sintetizovani korišćenjem mešanog silana su specifično detektovali serotonin i dopamin.
Nasuprot tome, oni sintetisani korišćenjem čistog silana rezultirali su nespecifičnim fMIP-NP-ovima koji su reagovali na neciljne neurotransmitere, pogrešno ih identifikovali kao serotonin i dopamin. Slično, poli([2-(metakriloiloksi)etil] trimetilamonijum hlorid (METMAC)-ko-metakrilamid), ali ne i METMAC homopolimer je utvrđeno da je efikasan lažni šablon neurotransmitera acetilholina. Dok su prvi proizvodili fMIP-NP koji su selektivno detektovali acetilholin, drugi su doveli do nanočestica koje ne reaguju.
Ovi rezultati pokazuju izvodljivost fMIP-NP-a u selektivnoj detekciji neurotransmitera koji se oslobađaju u našem mozgu. „Snimanje mozga ovom novom tehnikom moglo bi da otkrije vezu između difuzije neurotransmitera i moždane aktivnosti. Ovo, zauzvrat, može da nam pomogne da lečimo neurološke bolesti, pa čak i da napravimo napredne računare koji oponašaju funkcije ljudskog mozga“, rekao je profesor Jošimi.
