Le cerveau animal se compose de dizaines de milliards de neurones ou de cellules nerveuses qui effectuent des tâches complexes telles que le traitement des émotions, l’apprentissage et la prise de jugement en communiquant entre eux via des neurotransmetteurs. Ces petites molécules de signalisation diffusent – se déplacent des régions à forte concentration vers les régions à faible concentration – entre les neurones, agissant comme des messagers chimiques.
Les scientifiques pensent que ce mouvement diffusif pourrait être au cœur de la fonction supérieure du cerveau. Par conséquent, ils ont cherché à comprendre le rôle de neurotransmetteurs spécifiques en détectant leur libération dans le cerveau à l’aide de méthodes ampérométriques et de microdialyse. Cependant, ces méthodes fournissent des informations insuffisantes, nécessitant de meilleures techniques de détection.
À cette fin, les scientifiques ont développé une méthode d’imagerie optique dans laquelle les sondes protéiques modifient leur intensité de fluorescence lors de la détection d’un neurotransmetteur spécifique. Récemment, un groupe de chercheurs du Shibaura Institute of Technology au Japon dirigé par le professeur Yasuo Yoshimi a fait avancer cette idée. Ils ont synthétisé avec succès des nanoparticules polymères à empreinte moléculaire fluorescente (fMIP-NP) qui servent de sondes pour détecter des neurotransmetteurs spécifiques – la sérotonine, la dopamine et l’acétylcholine.
Notamment, le développement de telles sondes a été considéré comme difficile jusqu’à présent. Leurs travaux, publiés dans Nanomatériauximplique des contributions de M. Yuto Katsumata, M. Naoya Osawa, M. Neo Ogishita et M. Ryota Kadoya.
Le professeur Yoshimi explique brièvement les principes fondamentaux de la synthèse de fMIP-NP : « Cela implique plusieurs étapes. Premièrement, le neurotransmetteur cible à détecter est fixé sur une surface de billes de verre. Ensuite, des monomères (blocs de construction de polymères) avec différentes fonctions : détection, la réticulation et la fluorescence – polymérisent autour des perles, enveloppant le neurotransmetteur. Le polymère résultant est ensuite lavé pour obtenir une nanoparticule avec la structure du neurotransmetteur imprimée comme une cavité. Il ne s’adaptera qu’au neurotransmetteur cible, tout comme seule une clé particulière peut ouvrir une serrure. Par conséquent, les fMIP-NP peuvent détecter leurs neurotransmetteurs correspondants dans le cerveau.
Lorsque les neurotransmetteurs cibles rentrent dans la cavité, les fMIP-NP gonflent et grossissent. Les chercheurs suggèrent que cela augmente la distance entre les monomères fluorescents qui, à leur tour, réduisent leurs interactions, y compris l’auto-extinction qui supprime la fluorescence, les uns avec les autres. En conséquence, l’intensité de fluorescence est augmentée, indiquant la présence des neurotransmetteurs.
Les chercheurs ont amélioré leur sélectivité de détection en ajustant la densité de neurotransmetteurs à la surface des billes de verre lors de la synthèse de fMIP-NP.
De plus, le choix du matériau de fixation des neurotransmetteurs s’est avéré jouer un rôle crucial dans la spécificité de détection. Les chercheurs ont découvert que le silane mélangé est meilleur que le silane pur pour fixer les neurotransmetteurs, la sérotonine et la dopamine, à la surface des billes de verre. Les fMIP-NP synthétisés à l’aide d’un mélange de silane ont spécifiquement détecté la sérotonine et la dopamine.
En revanche, ceux synthétisés à l’aide de silane pur ont donné des fMIP-NP non spécifiques qui ont répondu à des neurotransmetteurs non cibles, les identifiant de manière incorrecte comme de la sérotonine et de la dopamine. De même, poly([2-(methacryloyloxy)ethyl] le chlorure de triméthylammonium (METMAC)-co-méthacrylamide) mais pas l’homopolymère METMAC s’est avéré être une matrice factice efficace du neurotransmetteur acétylcholine. Alors que le premier produisait des fMIP-NP qui détectaient sélectivement l’acétylcholine, le second conduisait à des nanoparticules insensibles.
Ces résultats démontrent la faisabilité des fMIP-NPs dans la détection sélective des neurotransmetteurs libérés dans notre cerveau. « L’imagerie du cerveau avec cette nouvelle technique pourrait révéler la relation entre la diffusion des neurotransmetteurs et l’activité cérébrale. Ceci, à son tour, peut nous aider à traiter les maladies neurologiques et même à créer des ordinateurs avancés qui imitent les fonctions cérébrales humaines », a déclaré le professeur Yoshimi.
Plus d’information:
Yasuo Yoshimi et al, Synthèse de nanoparticules de polymère à empreinte moléculaire fluorescente détectant de petits neurotransmetteurs avec une sélectivité élevée à l’aide de modèles immobilisés à densité de surface régulée, Nanomatériaux (2023). DOI : 10.3390/nano13010212
Fourni par Shibaura Institute of Technology