Лаборатория Лауры Баллерини из SISSA в сотрудничестве с Университетом Триеста, Университетом Манчестера и Университетом Кастилии-Ла-Манча открыла новый подход к модуляции синапсов. Эта методика может быть полезна для лечения заболеваний, при которых нарушается активность электрических нервов. Баллерини и Маурицио Прато (Университет Триеста) являются главными исследователями проекта в рамках европейского флагмана по графену, далеко идущего 10-летнего международного сотрудничества (1 млрд евро финансирования), в рамках которого изучаются инновационные способы использования материала.
Традиционные методы лечения неврологических заболеваний обычно включают препараты, воздействующие на мозг, или нейрохирургию. Однако сегодня технология графена показывает многообещающие перспективы для приложений такого типа и привлекает повышенное внимание научного сообщества. Метод, изученный Баллерини и его коллегами, использует «графеновые наноленты» (хлопья), которые сдерживают активность синапсов, просто присутствуя.
«Мы вводили водные растворы графеновых хлопьев в культивируемые нейроны в условиях« хронического »воздействия, повторяя операцию каждый день в течение недели.
Анализируя функциональную электрическую активность нейронов, мы затем проследили влияние на синапсы », — говорит Россана Раути, исследователь SISSA и первый автор исследования.
В экспериментах варьировались размеры чешуек (10 микрон или 80 нанометров), а также тип графена: в одном условии использовался графен, в другом — оксид графена. «Эффект« буферизации »синаптической активности происходит только с более мелкими чешуйками оксида графена, а не в других условиях», — говорит Баллерини. «Эффект в системе, которую мы тестировали, селективен для возбуждающих синапсов, а в тормозных — отсутствует»
Вопрос размера
Каково происхождение этой избирательности? «Мы знаем, что в принципе графен не взаимодействует химически с синапсами в значительной степени — его эффект, вероятно, связан с простым наличием синапсов», — объясняет исследователь SISSA и один из авторов исследования Денис Скаини. "У нас пока нет прямых доказательств, но наша гипотеза заключается в том, что существует связь с субклеточной организацией синаптического пространства."
Синапс — это точка контакта между одним нейроном и другим, где нервный электрический сигнал «прыгает» между пре- и постсинаптической единицей. Существует небольшой промежуток или разрыв, где электрический сигнал «транслируется» нейротрансмиттером и высвобождается путем пресинаптического завершения во внеклеточное пространство и реабсорбируется постсинаптическим пространством, чтобы снова транслироваться в электрический сигнал.
Доступ к этому пространству варьируется в зависимости от типа синапсов: «Для возбуждающих синапсов организация структуры допускает большее воздействие на взаимодействие графеновых хлопьев, в отличие от тормозных синапсов, которые физически менее доступны в этой экспериментальной модели», — говорит Скаини.
Еще один ключ к разгадке того, что расстояние и размер могут иметь решающее значение в этом процессе, можно найти в наблюдении, что графен выполняет свою функцию только в окисленной форме. «Нормальный графен выглядит как растянутый и жесткий лист, в то время как оксид графена выглядит смятым, что, возможно, способствует взаимодействию с синаптическим пространством», — добавляет Раути.
Администрирование растворов графеновых хлопьев оставляет нейроны живыми и неповрежденными. По этой причине команда считает, что их можно использовать в биомедицинских приложениях для лечения определенных заболеваний. «Мы можем представить себе, как нацелить лекарство, используя очевидную избирательность хлопьев для синапсов, таким образом, нацеливаясь непосредственно на основную функциональную единицу нейронов», — заключает Баллерини.