Наночастицы графена и их влияние на нейроны

Эффективные, специфичные, с обратимым и безвредным действием: идеальный биоматериал, похоже, соответствует графеновым чешуйкам. Их исследовали SISSA (Международная школа перспективных исследований, Триест), Каталонский институт нанонауки и нанотехнологий (ICN2, Барселона) и Национальный институт графена Манчестерского университета в рамках европейского проекта Graphene Flagship. Этот наноматериал продемонстрировал способность специфично взаимодействовать с функциями нервной системы позвоночных, прерывая развитие патологического процесса, ведущего к поведению, связанному с тревогой.

Ранее было показано, что доставленные к нейронам графеновые чешуйки спонтанно вмешиваются в работу возбуждающих синапсов, временно предотвращая высвобождение глутамата из пресинаптических окончаний. Новое исследование "Graphene oxide prevents lateral amygdala dysfunctional synaptic plasticity and reverts long lasting anxiety behavior in rats", опубликованное в Biomaterials, проверило, достаточно ли такого снижения синаптической активности для изменения связанного поведения, особенно патологического, развивающегося из-за транзиторной и локализованной гиперфункции возбуждающих синапсов. Этот подход укрепил бы стратегию селективного и временного воздействия на синапсы для предотвращения развития патологий мозга с помощью методов прецизионной медицины.

Команда сосредоточилась на посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и провела эксперименты в две фазы: in vivo и in vitro.

In vivo эксперименты: У крыс вызывали защитное поведение, используя запах кошки для формирования аверсивной памяти. После такого воздействия у животного формируется защитная реакция (затаивание), и этот опыт настолько хорошо запечатлевается в памяти, что даже через шесть дней в том же контексте крыса вспоминает запах хищника и демонстрирует то же поведение. Эта модель использовалась для воспроизведения стрессового поведения. Воздействие хищника модифицирует нейронные связи (пластичность) и увеличивает синаптическую активность в специфической области миндалевидного тела (амигдалы), которая стала мишенью для тестирования эффектов наноматериала.

Была выдвинута гипотеза: если ввести графеновые чешуйки в латеральную амигдалу после консолидации памяти, они, временно ингибируя возбуждающие синапсы (без воспаления, повреждения нейронов или других побочных эффектов), должны блокировать пластичность и снизить тревожную реакцию. Так и произошло: животные, которым вводили графеновые чешуйки, через шесть дней "забывали" тревожные реакции, и их поведение восстанавливалось.

In vitro эксперименты: Они позволили изучить механизмы взаимодействия графеновых чешуек с нейронами на упрощённой модели — культурах нейронов, полученных из амигдалы. Наблюдения показали, что эффекты наноматериала специфичны для возбуждающих синапсов, и кратковременное воздействие графеновых чешуек может предотвращать патологическую пластичность синапсов.

Эти результаты демонстрируют потенциал графеновых чешуек как наноинструментов (биомедицинских инструментов из наноматериалов), способных специфично и обратимо воздействовать на синаптическую активность, чтобы прервать патологический процесс. В перспективе их можно использовать для доставки лекарств или других применений в области прецизионной медицины.