Zoals in een sciencefictionroman, minuscule ruimtevaartuigen die een specifieke plaats van de hersenen kunnen bereiken en de werking van specifieke soorten neuronen of medicijnafgifte kunnen beïnvloeden:grafeenvlokken, het onderwerp van de nieuwe studie van de groep van SISSA-professor Laura Ballerini, echt futuristische horizonten openen. Met de onderzoeker Rossana Rauti, Ballerini is verantwoordelijk voor de studie die onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Nano-letters .

Met afmetingen van slechts een miljoenste van een meter, deze deeltjes hebben bewezen te kunnen interfereren met de transmissie van het signaal op prikkelende neuronale synaptische knooppunten. Verder, de studie heeft aangetoond dat ze dit op een omkeerbare manier doen, omdat ze enkele dagen na toediening spoorloos verdwijnen. Fundamenteel onderzoek zou verdere studies kunnen initiëren, gericht op het onderzoeken van mogelijke therapeutische effecten voor de behandeling van problemen, zoals epilepsie, waarin een overmaat van de activiteit van de exciterende neuronen wordt geregistreerd, of om innovatieve manieren te bestuderen om therapeutische substanties in situ te vervoeren. Het onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met de universiteiten van Triëst, Manchester en Straatsburg, wordt uitgevoerd binnen het Graphene Flagship, het omvangrijke financieringsproject van de Europese Unie, die tot doel heeft het potentieel van grafeen in de meest uiteenlopende toepassingsgebieden te onderzoeken, van de biogeneeskunde tot de industrie.

Een selectief en omkeerbaar effect

"We hebben in in vitro-modellen gerapporteerd dat deze kleine vlokken de overdracht van de signalen van het ene neuron naar het andere verstoorden, die werken op specifieke zones die synapsen worden genoemd, die cruciaal zijn voor de werking van ons zenuwstelsel, " leggen Ballerini en Rauti uit. "Het interessante is dat hun actie selectief is op specifieke synapsen, namelijk die gevormd door neuronen die in onze hersenen de rol hebben om hun doelneuronen te prikkelen (activeren). We wilden begrijpen of dit niet alleen opgaat in in vitro experimenten, maar ook in een organisme, met al het variabele potentieel en de complexiteit die daaruit voortvloeit." Het resultaat was meer dan positief. "In onze modellen analyseerden we de activiteit van de hippocampus, een bepaald deel van de hersenen, het injecteren van de vlokken in die site. Wat we zagen, dankzij fluorescerende tracers, is dat de deeltjes zichzelf alleen insinueren binnen de synapsen van exciterende neuronen. Op deze manier, ze interfereren met de activiteit van deze cellen. In aanvulling, ze doen dat met een omkeerbaar effect:na 72 uur, de fysiologische mechanismen van klaring van de hersenen verwijderden volledig alle vlokken.

Noch groot noch klein:hoe de vlokken werken

De belangstelling voor de procedure, de onderzoekers uitleggen, ligt ook in het feit dat de vlokken blijkbaar goed worden verdragen als ze eenmaal in het organisme zijn geïnjecteerd:"De ontstekingsreactie en de immuunreactie zijn lager gebleken dan bij toediening van een eenvoudige zoutoplossing. Dit is erg belangrijk voor mogelijke therapeutische doeleinden." De specificiteit van de werking van de vlokken, legden de onderzoekers uit, zou zitten in de grootte van de gebruikte deeltjes. Ze kunnen niet groter of kleiner zijn dan die voor dit onderzoek zijn aangenomen (met een diameter van ongeveer 100-200 nanometer):"De grootte is waarschijnlijk de oorzaak van selectiviteit:als de vlokken te groot zijn, kunnen ze de synaps niet binnendringen, die zeer smalle gebieden zijn tussen het ene neuron en het andere. Als ze te klein zijn, ze zijn vermoedelijk gewoon weggevaagd - uiteindelijk, in beide gevallen, er werden geen effecten op synapsen waargenomen." Het onderzoek zal nu de mogelijke ontwikkelingen van deze ontdekking onderzoeken, met een mogelijke therapeutische horizon die zeker interessant is voor verschillende pathologieën.