Innovativ grafenteknik för att buffra synapsernas aktivitet-detta är tanken bakom en nyligen publicerad studie i tidskriften ACS Nano samordnas av International School for Advanced Studies in Trieste (SISSA) och University of Trieste. Särskilt, studien visade hur effektiva grafenoxidflingor påverkar excitatoriska synapser, en effekt som kan visa sig vara användbar vid nya behandlingar för sjukdomar som epilepsi.

SISSA:s Laura Ballerinis laboratorium i samarbete med University of Trieste, University of Manchester och University of Castilla -la Mancha, har upptäckt en ny metod för att modulera synapser. Denna metodik kan vara användbar för behandling av sjukdomar där elektrisk nervaktivitet förändras. Ballerini och Maurizio Prato (University of Trieste) är de främsta utredarna av projektet inom det europeiska flaggskeppet om grafen, ett långtgående tioårigt internationellt samarbete (en miljard euro i finansiering) som studerar innovativ användning av materialet.

Traditionella behandlingar för neurologiska sjukdomar inkluderar i allmänhet läkemedel som verkar på hjärnan eller neurokirurgi. Idag är dock grafenteknologi visar lovande för dessa typer av applikationer, och får ökad uppmärksamhet från det vetenskapliga samfundet. Metoden som studerats av Ballerini och kollegor använder "grafen-nanoband" (flingor) som buffrar aktivitet i synapser helt enkelt genom att vara närvarande.

"Vi administrerade vattenlösningar av grafenflingor till odlade neuroner under" kroniska "exponeringsförhållanden, upprepa operationen varje dag i en vecka. Analysera funktionell neuronal elektrisk aktivitet, vi spårade sedan effekten på synapser "säger Rossana Rauti, SISSA -forskare och första författare till studien.

I experimenten, storleken på flingorna varierade (10 mikron eller 80 nanometer) samt typen av grafen:i ett tillstånd användes grafen, i en annan, grafenoxid. "Den" buffrande "effekten på synaptisk aktivitet sker bara med mindre flingor av grafenoxid och inte under andra förhållanden, "säger Ballerini." Effekten, i systemet vi testade, är selektiv för excitatoriska synapser, medan det saknas hos hämmande sådana "

En storleksfråga

Vad är ursprunget till denna selektivitet? "Vi vet att grafen i princip inte interagerar kemiskt med synapser på ett betydande sätt- dess effekt beror troligen på att det bara finns synapser, "förklarar SISSA -forskare och en av studiens författare, Denis Scaini. "Vi har ännu inte direkt bevis, men vår hypotes är att det finns en koppling till den synaptiska rymdets subcellulära organisation. "

En synaps är en kontaktpunkt mellan en neuron och en annan där den nervösa elektriska signalen "hoppar" mellan en pre- och postsynaptisk enhet. Det finns en liten lucka eller diskontinuitet där den elektriska signalen "översätts" av en signalsubstans och frigörs genom pre-synaptisk avslutning i det extracellulära utrymmet och reabsorberas av det postsynaptiska rummet, att översättas igen till en elektrisk signal. Tillgången till detta utrymme varierar beroende på typen av synapser:"För de excitatoriska synapserna, strukturens organisation möjliggör högre exponering för grafenflingor -interaktionen, till skillnad från hämmande synapser, som är mindre fysiskt tillgängliga i denna experimentella modell, säger Scaini.

En annan ledtråd om att avstånd och storlek kan vara avgörande i processen finns i observationen att grafen endast utför sin funktion i den oxiderade formen. "Normal grafen ser ut som ett sträckt och styvt ark medan grafenoxid verkar skrynklig, och därmed möjligen gynna gränssnitt med det synaptiska utrymmet, "tillägger Rauti.

Administrering av grafenflaklösningar lämnar neuronerna levande och intakta. Av denna anledning tror teamet att de kan användas i biomedicinska applikationer för behandling av vissa sjukdomar. "Vi kan tänka oss att rikta ett läkemedel genom att utnyttja de uppenbara flingornas selektivitet för synapser, riktar sig således direkt till den grundläggande funktionella enheten för neuroner "avslutar Ballerini.