Grafenmateriale styrker nervesignalering i hjernen

Mindre end 20 år efter det blev udviklet, en tynd, et elastisk ark af kulstofatomer med bemærkelsesværdige egenskaber kendt som grafen transformerer biomedicinske områder så langt som vævsteknologi, neuroprotetik og lægemiddelopdagelse.

Fordi det let leder varme og elektricitet, grafen kan også være en god biosensor. Men det er ikke neutralt. Da Vanderbilt University-forskere forsøgte at bruge grafen til at måle elektrisk aktivitet i hjernen, de fandt ud af, at det faktisk forbedrede nervecellesignalering.

Det gjorde det ved at sætte nervecellemembraner i stand til at trække mere kolesterol ind. Fedtstoffet blev brugt til at lave flere af de vesikler, der pakker neurotransmittere, de kemiske budbringere, der videresender signaler mellem nerveceller. Flere vesikler og flere neurotransmitter betød stærkere signaler.

Disse fund, rapporteret i sidste uge i bladet Naturkommunikation , kom som en komplet overraskelse for efterforskerne. De rejser muligheden for, at grafen kan gøre det muligt for forskere at ændre, hvordan celler kommunikerer med hinanden ved at manipulere kolesterolindholdet i cellemembranen.

Grafen "kan ikke kun være et meget godt middel til at levere lægemidler, men også en måde at forstærke lægemiddeleffekten på, " sagde avisens seniorforfatter, Qi Zhang, Ph.D., assisterende professor i farmakologi ved Vanderbilt University School of Medicine.

Forskerne begyndte deres eksperiment med at dyrke neuroner - nerveceller - på et ark grafen.

Avisens første forfatter, Kristina Kitko, en kandidatstuderende i tværfaglig materialevidenskab, henter historien derfra i en inviteret klumme, hun skrev til en Nature Chemistry-blog:"Vi observerede en stigning i neuronal affyringsfrekvens på grafen, " skrev hun. "Dette var væsentligt, og vores nysgerrighed blev vakt. Da vi begyndte at se på mere målrettede målinger af præsynaptisk aktivitet, hvad der konsekvent dukkede op var overraskende:synaptisk potensering på grafen."

Ved at indse, at grafen sandsynligvis virkede på nervecellemembranen, som primært består af kolesterol, det næste spørgsmål var:"Kan kolesterol på en eller anden måde være involveret?"

"Dette førte os til ideen om at manipulere membrankolesterolniveauer, " Kitko fortsatte. "Kolesterol spiller vigtige og grundlæggende roller for celler på en række forskellige måder, men med særlig relevans for lægemiddelopdagelse demonstrerede vi effekten af ​​grafen på G-proteinkoblede receptorer, hvis aktivitet er medieret af kolesterol."

Halvdelen af ​​alle lægemidler er rettet mod disse receptorer.

Kitko er blevet inviteret til at præsentere sin gruppes resultater på en Gordon Research Conference om "neuroelektroniske grænseflader" næste måned i Galveston, Texas.