开发纳米探针来检测大脑中的神经递质

神经元通过被称为神经递质的小信使分子相互交流来完成许多复杂的任务。准确地检测它们对于理解我们大脑的功能至关重要。为此，涩浦技术研究所的研究人员已经证明，荧光纳米颗粒被标记为目标神经递质的分子结构，以控制的表面密度固定在玻璃珠上，可以根据它们在与目标递质相互作用时的膨胀来检测特定的神经递质。

　　

   

   

来自Shibaura技术研究所的研究人员合成了荧光分子印迹聚合物纳米颗粒(fMIP-NPs)，可作为探测特定小神经递质的探针，如血清素、多巴胺和乙酰胆碱。

动物大脑由数百亿个神经元或神经细胞组成，它们通过神经递质相互交流来执行复杂的任务，如处理情绪、学习和做出判断。这些小信号分子在神经元之间扩散——从高浓度区域移动到低浓度区域，充当化学信使的角色。科学家们认为，这种扩散运动可能是大脑高级功能的核心。因此，他们的目标是通过使用安培测量和微透析方法检测特定神经递质在大脑中的释放来了解它们的作用。然而，这些方法提供的信息不足，需要更好的传感技术。

为此，科学家们开发了一种光学成像方法，其中蛋白质探针在检测到特定的神经递质时改变其荧光强度。最近，由Yasuo Yoshimi教授领导的日本柴浦工业大学的一组研究人员将这一想法推进了一步。他们成功地合成了荧光分子印迹聚合物纳米颗粒(fMIP-NPs)，作为探测特定神经递质-血清素、多巴胺和乙酰胆碱的探针。值得注意的是，到目前为止，开发这样的探测器被认为是困难的。他们的开创性工作于2023年1月3日发表在《纳米材料》杂志第13卷第1期。

Yoshimi教授简要解释了fMIP-NP合成的基本原理。“这涉及多个步骤。首先，要检测的目标神经递质被固定在玻璃珠表面。接下来，具有不同功能的单体(聚合物的组成部分)——检测、交联和荧光——在珠子周围聚合，包裹神经递质。然后将产生的聚合物冲洗出来，以获得带有神经递质结构的纳米颗粒。它只适合目标神经递质，就像只有特定的钥匙才能打开锁一样。因此，fMIP-NPs可以检测到大脑中相应的神经递质。”

当目标神经递质进入腔内时，fMIP-NPs膨胀并变大。研究人员认为，这增加了荧光单体之间的距离，从而减少了它们之间的相互作用，包括抑制荧光的自猝灭。结果，荧光强度增强，表明神经递质的存在。在fMIP-NP合成过程中，研究人员通过调节玻璃微珠表面的神经递质密度来提高检测的选择性。

此外，固定神经递质的材料的选择在检测特异性中起着至关重要的作用。研究人员发现，混合硅烷比纯硅烷更好地将神经递质血清素和多巴胺附着在玻璃珠表面。使用混合硅烷合成的fMIP-NPs特异性地检测血清素和多巴胺。相比之下，那些使用纯硅烷合成的物质会产生非特异性的fMIP-NPs，这些fMIP-NPs对非目标神经递质有反应，错误地将它们识别为血清素和多巴胺。同样，聚([2-(甲基丙烯氧基)乙基]三甲基氯化铵(METMAC)-共甲基丙烯酰胺)而不是METMAC均聚物被发现是神经递质乙酰胆碱的有效假模板。前者产生选择性检测乙酰胆碱的fMIP-NPs，后者导致无反应的纳米颗粒。

这些结果证明了fMIP-NPs在选择性检测大脑中释放的神经递质的可行性。“用这种新技术对大脑进行成像，可以揭示神经递质扩散和大脑活动之间的关系。这反过来又可以帮助我们治疗神经疾病，甚至创造出模仿人类大脑功能的先进计算机，”对创新研究充满热情的Yoshimi教授说。

希望他所设想的未来早日实现!