Neurochipsai įgalina nanoskalės prietaisus didelės skiriamosios gebos in vivo neuromediatorių jutikliams nustatyti neuropsichofarmakologija

Neurochipsai įgalina nanoskalės prietaisus didelės skiriamosios gebos in vivo neuromediatorių jutikliams nustatyti neuropsichofarmakologija

Anonim

Dalykai

  • Depresija
  • Neurotransmiteriai

Naujų strategijų, skirtų kovoti su sekinančiomis psichinėmis ir neurodegeneracinėmis ligomis, poreikis reikalauja revoliucijos mūsų požiūrio į nervinių grandinių sujungiamumą ir funkciją tyrimui. Norint išsiaiškinti, kaip neuronų tinklų, veikiančių nanoskalės sinapsėse, pokyčiai prisideda prie su smegenų veikla susijusių sutrikimų, bus būtina stebėti cheminį neurotransmisiją in vivo tokiu laiku ir laiko intervalais, kurie yra svarbūs vidinėje koduotėje esančiai informacijai (Andrews, 2013). Nepaisant to, dabartiniai neurotransmiterių jutimo metodai yra labai nutolę nuo šių skalių, reikalingų iššifruoti cheminės informacijos apdorojimą neurocirkuose.

Norėdami išspręsti labai mažų, greitų, labai selektyvių ir daugkartinių biojutiklių kūrimo iššūkius, tiriame aptamers, kurie atsirado kaip antikūnų alternatyva molekuliniam atpažinimui. Aptamerai yra sintetinės viengrandės DNR arba RNR sekos, kurios sulankstomos į unikalias trimates struktūras, kad būtų galima atlikti specifinę sąveiką su rišančiaisiais taikiniais. Nepaisant jų pažadų, šių retų nukleotidų sekų išsiaiškinimą apsunkina sunkumai, susiję su ekranuojančių substratų, turinčių labai kontroliuojamą paviršiaus chemiją ir charakteristikas, gamyba (Vaish ir kt., 2010). Aptameriai, turintys pikomolinės ir femtomolinės disociacijos konstantas, egzistuoja, tačiau jie apsiriboja sekomis, atpažįstančiomis žymiai didesnes molekules nei neurotransmiteriai. Norėdami išnaudoti visą aptametų potencialą neurotransmiterių biojutėjimui in vivo , mes investavome dešimtmetį tyrimų, skirtų sukurti medžiagas, kurios įgalintų didelio afiniteto sąveiką tarp neurotransmiterių, pririštų prie optimizuotų biospecifinių paviršių ir nukleorūgščių bibliotekų.

Šie substratai, vadinami „neurochipsais“, yra pagaminti taip, kad būtų sukurta geresnė aplinka molekuliniam atpažinimui, kontroliuojant esminius parametrus ir sumažinant nespecifinį surišimą (1 paveikslas). Neurochipsai selektyviai fiksuoja didelius biomolekules jungiančius partnerius, įskaitant antikūnus, natūralius su G baltymu sujungtus receptorius (Vaish ir kt., 2010) ir nukleorūgšties aptamers. Šiuo metu mes naudojame neurochipus, kad atpažintume retus nukleotidus, išskirtus iš kombinatorinių bibliotekų, susidedančių iš šimtų milijardų kandidatų sekų, remiantis santykiniu giminingumu mažų molekulių neurotransmiterių taikiniams. Mes taip pat sukūrėme mikro- iki nanoskalės paviršiaus modeliavimo metodus (Liao ir kt., 2012) ir panaudojome didelio pralaidumo mikrofluidus (Liao ir kt., 2013), norėdami sukurti daugkartinius neurotransmiterių substratus. Reikšmingas daugkartinio modeliavimo pranašumas yra gebėjimas fiksuoti ir rūšiuoti skirtingus neurotransmiteriui specifinius aptamerius kartu, kartu suteikiant galimybę nustatyti ir palyginti surišimo afinitetus in situ .

Image

Schema (ne skalė), rodanti neurochipų chemiją, modeliavimą ir naudojimą retų nukleotidų sekoms (aptameriams) nustatyti, kad būtų naudojami kaip neurotransmiterių atpažinimo elementai naujuose jutikliniuose prietaisuose, skirtuose stebėti cheminį neurotransmisiją. (Kairė) Parodyta savaime surinktų alkanietiolių ant aukso substratų chemija. Mažas procentas šių molekulių yra funkcionalizuotas su 5-hidroksitriptofanu (arba kitais pirmtakais / aminorūgštimis), kad būtų imituojamas laisvasis serotoninas (arba kiti neurotransmiteriai). (Vidurys) Pavaizduotas neurochipas, stačiakampiu būdu per mikrofluidikos prietaisą. Šis neurochipų tipas yra naudojamas didelėms chemiškai susintetintų nukleorūgščių bibliotekų atrankai, siekiant nustatyti aptamerio sekas, kurios selektyviai atpažįsta neuromediatorius. (Dešinė) Aptameriai yra sujungti su nanodalelių lauko efekto tranzistoriais, skirtais implantuoti smegenis ir nustatyti aukštos skiriamosios gebos in vivo neurotransmiterius.

Visas dydis

  • Atsisiųskite „PowerPoint“ skaidrę

Atlikus neurotransmiterių aptametrų atradimą, bus galima jų funkcinę integraciją į nanometrų skersmens lauko efekto tranzistoriaus (FET) nanolidus, kurie veiks kaip neurotransmiterių registravimo elementai (1 paveikslas). Prietaisai, modeliuoti aptameriais modifikuotais FET, bus naudojami dinaminiam neurotransmisijos stebėjimui in vivo , reaguojant į laiką milisekundžių tvarka (arba greičiau) (Kim ir kt., 2015). Įrodyta, kad mikrosensoriai, aptikantys dopaminą su antrine laiko skiriamąja geba, keletą mėnesių in vivo funkcionuoja žiurkėms ir pelėms (Clark ir kt., 2010). Taigi, neurochipai leis sukurti prietaisus, kurie pagerins mažų molekulių neurotransmiterių vaidmens supratimą apie sudėtingą smegenų internetinio ryšio ir disfunkcijos aplinką. Naudojant šį metodą, bus galima išsiaiškinti integruoto cheminio neurotransmisijos, susijusios su nervų grandinėmis, savybes, kad būtų lengviau atskleisti procesus, susijusius su pažinimu, emocijomis, mokymusi ir atmintimi.

FINANSAVIMAS IR ATSKLEIDIMAS

Per pastaruosius 3 metus AMA gavo kompensaciją iš „Forest Laboratories“ („Actavis“) už konsultanto darbą ir iš Amerikos chemikų draugijos už darbą kaip „ACS Chemical Neuroscience“ asocijuotoji redaktorė, be pajamų iš savo pagrindinio darbdavio (Kalifornijos universitetas, JAV). Los Andželas). NN pareiškia, kad, išskyrus studentų stipendijas, gautas iš Kalifornijos universiteto, Los Andželo, per pastaruosius trejus metus negauta jokios finansinės paramos ar kompensacijos už jokius fizinius ar korporacinius subjektus moksliniams tyrimams ar profesionalioms paslaugoms teikti, taip pat nėra asmeninių finansinių akcijų paketai, kurie galėtų būti suvokiami kaip galintys interesų konfliktai.