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O cérebro animal consiste em dezenas de bilhões de neurônios ou células nervosas que executam tarefas complexas, como processar emoções, aprender e fazer julgamentos, comunicando-se uns com os outros por meio de neurotransmissores. Essas pequenas moléculas sinalizadoras se difundem – movem-se de regiões de alta para baixa concentração – entre os neurônios, agindo como mensageiros químicos. Os cientistas acreditam que esse movimento difusivo pode estar no centro da função superior do cérebro. Portanto, eles têm como objetivo entender o papel de neurotransmissores específicos, detectando sua liberação no cérebro usando métodos amperométricos e de microdiálise. No entanto, esses métodos fornecem informações insuficientes, necessitando de melhores técnicas de detecção.
Para este fim, os cientistas desenvolveram um método de imagem óptica em que as sondas de proteína mudam sua intensidade de fluorescência ao detectar um neurotransmissor específico. Recentemente, um grupo de pesquisadores do Shibaura Institute of Technology, no Japão, liderado pelo professor Yasuo Yoshimi, levou essa ideia adiante. Eles sintetizaram com sucesso nanopartículas poliméricas fluorescentes impressas molecularmente (fMIP-NPs) que servem como sondas para detectar neurotransmissores específicos – serotonina, dopamina e acetilcolina. Notavelmente, o desenvolvimento de tais sondas tem sido considerado difícil até agora. Seu trabalho inovador, publicado no Volume 13, Edição 1 da revista Nanomaterials em 3 de janeiro de 2023, envolve contribuições do Sr. Yuto Katsumata, Sr. Naoya Osawa, Sr. Neo Ogishita e Sr. Ryota Kadoya.
Prof. Yoshimi explica brevemente os fundamentos da síntese fMIP-NP. “Envolve várias etapas. Primeiro, o neurotransmissor alvo a ser detectado é fixado em uma superfície de esferas de vidro. Em seguida, monômeros (blocos de construção de polímeros) com diferentes funções – detecção, reticulação e fluorescência – polimerizam em torno das esferas , envolvendo o neurotransmissor. O polímero resultante é então lavado para obter uma nanopartícula com a estrutura do neurotransmissor impressa como uma cavidade. Ele se encaixará apenas no neurotransmissor alvo, assim como apenas uma chave específica pode abrir uma fechadura. Portanto, os fMIP-NPs podem detectar seus neurotransmissores correspondentes no cérebro.”
Quando os neurotransmissores-alvo se encaixam dentro da cavidade, os fMIP-NPs incham e ficam maiores. Os pesquisadores sugerem que isso aumenta a distância entre os monômeros fluorescentes que, por sua vez, reduz suas interações, incluindo a auto-extinção que suprime a fluorescência, entre si. Como resultado, a intensidade da fluorescência é aumentada, indicando a presença dos neurotransmissores. Os pesquisadores melhoraram a seletividade da detecção ajustando a densidade do neurotransmissor na superfície das esferas de vidro durante a síntese do fMIP-NP.
Além disso, descobriu-se que a escolha do material para fixação dos neurotransmissores desempenha um papel crucial na especificidade da detecção. Os pesquisadores descobriram que o silano misturado é melhor do que o silano puro para anexar os neurotransmissores, serotonina e dopamina, à superfície da conta de vidro. Os fMIP-NPs sintetizados usando silano misturado detectaram especificamente serotonina e dopamina. Em contraste, aqueles sintetizados usando silano puro resultaram em fMIP-NPs não específicos que responderam a neurotransmissores não-alvo, identificando-os incorretamente como serotonina e dopamina. Da mesma forma, poli([2-(methacryloyloxy)ethyl] cloreto de trimetilamônio (METMAC)-co-metacrilamida), mas não o homopolímero METMAC, foi considerado um modelo fictício eficaz do neurotransmissor acetilcolina. Enquanto o primeiro produziu fMIP-NPs que detectou seletivamente a acetilcolina, o último levou a nanopartículas não responsivas.
Esses resultados demonstram a viabilidade de fMIP-NPs na detecção seletiva de neurotransmissores liberados em nosso cérebro. “Imaginar o cérebro com esta nova técnica pode revelar a relação entre a difusão do neurotransmissor e a atividade cerebral. Isso, por sua vez, pode nos ajudar a tratar doenças neurológicas e até mesmo criar computadores avançados que imitam as funções do cérebro humano”, disse o professor Yoshimi, que está entusiasmado com a pesquisa inovadora.
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