Los biólogos de investigación, químicos y teóricos del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos NRL están en camino de desarrollar la próxima generación de materiales funcionales que podrían permitir el mapeo de las complejas conexiones neuronales en el cerebro. El objetivo final es comprender mejorcómo los miles de millones de neuronas en el cerebro se comunican entre sí durante la función cerebral normal, o disfunción, como resultado de una lesión o enfermedad.
"Existe un gran interés en el mapeo de todas las conexiones neuronales en el cerebro humano", dijo el Dr. James Delehanty, biólogo investigador del Centro de Ciencia e Ingeniería Biomolecular. "Para eso necesitamos nuevas herramientas o materiales que nos permitan vercómo grandes grupos de neuronas se comunican entre sí mientras, al mismo tiempo, pueden concentrarse en la actividad de una sola neurona. Nuestro trabajo más reciente potencialmente abre la integración de nanomateriales sensibles al voltaje en células y tejidos vivos en una variedad de configuracionespara lograr capacidades de imágenes en tiempo real que actualmente no son posibles "
La base de la comunicación neuronal es la modulación dependiente del tiempo de la fuerza del campo eléctrico que se mantiene a través de la membrana plasmática de la célula. Esto se denomina potencial de acción. Entre los nanomateriales considerados para la aplicación en la imagen de potencial de acción neuronal están los cuánticospuntos QD: nanomateriales de semiconductores cristalinos que poseen una serie de atributos fotofísicos ventajosos.
"Los QD son muy brillantes y fotoestables, por lo que puede mirarlos durante mucho tiempo y permiten configuraciones de imágenes de tejidos que no son compatibles con los materiales actuales, por ejemplo, tintes orgánicos", agregó Delehanty. "Igualmente importante, hemosAquí se muestra que el brillo QD rastrea, con una fidelidad muy alta, los cambios de intensidad de campo eléctrico resueltos en el tiempo que ocurren cuando una neurona experimenta un potencial de acción.detección de voltaje "
Los QD son materiales pequeños, brillantes y fotoestables que poseen vidas de fluorescencia de nanosegundos. Se pueden localizar dentro o sobre las membranas plasmáticas celulares y tienen baja citotoxicidad cuando se conectan con sistemas cerebrales experimentales. Además, los QD poseen una sección transversal de acción de dos fotonesórdenes de magnitud más grandes que los colorantes orgánicos o las proteínas fluorescentes. La imagen de dos fotones es la modalidad de imagen preferida para obtener imágenes profundas milímetros en el cerebro y otros tejidos del cuerpo.
En su trabajo más reciente, los investigadores de NRL mostraron que un campo eléctrico típico de los que se encuentran en las membranas neuronales da como resultado la supresión de la fotoluminiscencia QD PL y, por primera vez, QD PL es capaz de rastrear el potencial de acciónPerfil de una neurona activa con resolución de milisegundos. Este efecto se muestra conectado con la ionización QD impulsada por un campo eléctrico y la consecuente extinción de QD PL, en contradicción con la sabiduría convencional de que la supresión de QD PL es atribuible al efecto Stark confinado cuántico.- el desplazamiento y la división de líneas espectrales de átomos y moléculas debido a la presencia de un campo eléctrico externo.
"Las propiedades de fotoestabilidad inherentes superiores de los QD junto con su sensibilidad a la tensión podrían resultar ventajosas para las capacidades de imagen a largo plazo que actualmente no se pueden obtener utilizando tintes sensibles a la tensión orgánica tradicionales", dijo Delehanty. "Anticipamos que la investigación continua facilitará lo racionaldiseño y síntesis de sondas QD sensibles al voltaje que pueden integrarse en una variedad de configuraciones de imágenes para obtener imágenes funcionales sólidas y detectar células eléctricamente activas ".
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Materiales proporcionado por Laboratorio de Investigación Naval . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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