Grafennanopartikler og deres indflydelse på neuroner

Effektiv, bestemt, med en reversibel og ikke-skadelig virkning:identiskiteten af ​​det perfekte biomateriale ser ud til at svare til grafenflager, emnet for en ny undersøgelse udført af SISSA-International School for Advanced Studies of Trieste, Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) i Barcelona, og National Graphene Institute ved University of Manchester, som en del af European Graphene Flagship-projektet. Dette nanomateriale har demonstreret evnen til at interagere med nervesystemets funktioner hos hvirveldyr på en meget specifik måde, afbryde opbygningen af ​​en patologisk proces, der fører til angstrelateret adfærd.

"Vi har tidligere vist, at når grafenflager leveres til neuroner, interfererer de spontant med excitatoriske synapser ved forbigående at forhindre glutamatfrigivelse fra præsynaptiske terminaler, " siger Laura Ballerini fra SISSA, lederen af ​​holdet, der udførte forskningsundersøgelsen "Grapheneoxid forhindrer lateral amygdala dysfunktionel synaptisk plasticitet og vender tilbage langvarig angstadfærd hos rotter, " for nylig offentliggjort i Biomaterialer .

Forskere undersøgte, om en sådan reduktion i synaptisk aktivitet var tilstrækkelig til at ændre relateret adfærd, især de patologiske, der udvikler sig på grund af en forbigående og lokaliseret hyperfunktion af excitatoriske synapser. Denne tilgang vil styrke strategien med selektiv og forbigående målretning af synapser for at forhindre udviklingen af ​​hjernepatologier ved at bruge de såkaldte præcise medicinske behandlinger.

For at teste denne hypotese, holdet fokuserede på posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og udførte eksperimenterne i to faser, in vivo og in vitro.

"Vi analyserede defensiv adfærd forårsaget hos rotter af tilstedeværelsen af ​​et rovdyr, ved at blive udsat for kattelugt, at fremkalde en aversiv hukommelse, " forklarer Audrey Franceschi Biagioni fra SISSA, undersøgelsens første forfatter. "Hvis de udsættes for rovdyrlugten, rotten har et defensivt svar, holder op, og denne oplevelse er så godt indprentet i hukommelsen, at når dyret placeres i samme sammenhæng selv seks dage senere, dyret husker rovdyrets lugt og opfører sig samme beskyttende adfærd. Dette er en velkendt og konsolideret model, som vi brugte til at gengive en stressadfærd. Eksponering for rovdyret kan ændre neuronale forbindelser - et fænomen, der teknisk er kendt som plasticitet - og øger den synaptiske aktivitet i et specifikt område af amygdalaen, der derfor repræsenterede målet for vores undersøgelse for at teste virkningerne af nanomaterialet."

Laura Ballerini tilføjer, "Vi antog, at grafenflager, som vi viste, midlertidigt hæmmer excitatoriske synapser (uden at forårsage betændelse, beskadigelse af neuroner eller andre bivirkninger) kunne injiceres i den laterale amygdala, når plasticiteten forbundet med hukommelsen blev konsolideret. Hvis nanomaterialet var effektivt til at blokere excitatoriske synapser, det bør hæmme plasticitet og mindske den angstrelaterede reaktion. Og dette er, hvad der skete:dyrene, der blev administreret med grafenflager, efter seks dage, "glemte" de angstrelaterede svar, redde deres adfærd."

Den anden del af forskningen blev udført in vitro. "In vivo kunne vi kun observere adfærdsændringer og kunne ikke evaluere virkningen af ​​grafenflagerne på synapser, " forklarer Giada Cellot, forsker ved SISSA og førsteforfatter af undersøgelsen sammen med Audrey Franceschi Biagioni. "In vitro eksperimenter gjorde det muligt at arbejde på en forenklet model, for at få indsigt i de mekanismer, hvorigennem grafenflagerne kan interagere med neuroner. Vi brugte neuronale kulturer opnået fra amygdala, det område af hjernen, hvor stressreaktionen opstår, og vi observerede, at virkningerne af nanomaterialer var specifikke for de excitatoriske synapser, og en kort eksponering for grafenflager kunne forhindre synapsernes patologiske plasticitet."

Takket være disse fund, grafenflager har vist deres potentiale som nanoværktøjer (biomedicinske værktøjer sammensat af nanomaterialer), der kan virke på en specifik og reversibel måde på synaptisk aktivitet for at afbryde en patologisk proces, og derfor kan de også bruges til at transportere lægemidler eller til andre anvendelser inden for området. præcisionsmedicin.