Effectief, specifiek, met een omkeerbare en onschadelijke werking:de identikit van het perfecte biomateriaal lijkt overeen te komen met grafeenvlokken, het onderwerp van een nieuwe studie uitgevoerd door SISSA-International School for Advanced Studies of Trieste, Catalaans Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie (ICN2) van Barcelona, en het National Graphene Institute van de Universiteit van Manchester, als onderdeel van het Europese Graphene Flagship-project. Dit nanomateriaal heeft aangetoond dat het op een zeer specifieke manier kan interageren met de functies van het zenuwstelsel bij gewervelde dieren, het onderbreken van de opbouw van een pathologisch proces dat leidt tot angstgerelateerd gedrag.

"We hebben eerder aangetoond dat wanneer grafeenvlokken worden afgeleverd aan neuronen, ze spontaan interfereren met exciterende synapsen door tijdelijk de afgifte van glutamaat uit presynaptische terminals te voorkomen, " zegt Laura Ballerini van SISSA, de leider van het team dat de onderzoeksstudie uitvoerde "Grafeenoxide voorkomt disfunctionele synaptische plasticiteit van de laterale amygdala en keert langdurig angstgedrag bij ratten terug, " onlangs gepubliceerd in Biomaterialen .

Onderzoekers onderzochten of een dergelijke vermindering van synaptische activiteit voldoende was om gerelateerd gedrag te wijzigen, in het bijzonder de pathologische die zich ontwikkelen als gevolg van een voorbijgaande en gelokaliseerde hyperfunctie van exciterende synapsen. Deze benadering zou de strategie van selectieve en tijdelijke targeting van synapsen versterken om de ontwikkeling van hersenpathologieën te voorkomen door gebruik te maken van de zogenaamde precieze medicijnbehandelingen.

Om deze hypothese te testen, het team richtte zich op posttraumatische stressstoornis (PTSS) en voerde de experimenten uit in twee fasen, in vivo en in vitro.

"We analyseerden defensief gedrag dat bij ratten werd veroorzaakt door de aanwezigheid van een roofdier, gebruik van de blootstelling aan kattengeur, een aversieve herinnering opwekken, " legt Audrey Franceschi Biagioni van SISSA uit, de eerste auteur van de studie. "Als ze worden blootgesteld aan de geur van roofdieren, de rat heeft een defensieve reactie, zich verschuilen, en deze ervaring is zo goed in het geheugen gegrift, dat wanneer het dier zelfs zes dagen later in dezelfde context wordt geplaatst, het dier herinnert zich de geur van het roofdier en handelt hetzelfde beschermende gedrag. Dit is een bekend en geconsolideerd model, dat we gebruikten om stressgedrag te reproduceren. Blootstelling aan het roofdier kan neuronale verbindingen wijzigen - een fenomeen dat technisch bekend staat als plasticiteit - en verhoogt de synaptische activiteit in een specifiek gebied van de amygdala dat daarom het doelwit was van onze studie om de effecten van het nanomateriaal te testen."

Laura Ballerini voegt toe:"We veronderstelden dat grafeenvlokken waarvan we hebben aangetoond dat ze prikkelende synapsen tijdelijk remmen (zonder ontstekingen te veroorzaken, schade aan neuronen of andere bijwerkingen) kunnen worden geïnjecteerd in de laterale amygdala wanneer de plasticiteit geassocieerd met geheugen werd geconsolideerd. Als het nanomateriaal efficiënt was in het blokkeren van prikkelende synapsen, het zou plasticiteit moeten remmen en de angstgerelateerde reactie moeten verminderen. En dit is wat er gebeurde:de dieren die grafeenvlokken kregen toegediend, na zes dagen, 'vergat' de angstgerelateerde reacties, hun gedrag redden."

Het tweede deel van het onderzoek is in vitro uitgevoerd. "In vivo konden we alleen gedragsveranderingen waarnemen en konden we de impact van de grafeenvlokken op synapsen niet evalueren, " legt Giada Cellot uit, onderzoeker bij SISSA en eerste auteur van de studie samen met Audrey Franceschi Biagioni. "In vitro-experimenten lieten toe om aan een vereenvoudigd model te werken, om inzicht te krijgen in de mechanismen waardoor de grafeenvlokken kunnen interageren met neuronen. We gebruikten neuronale culturen verkregen uit de amygdala, het gebied van de hersenen waar de stressreactie plaatsvindt, en we zagen dat de effecten van nanomaterialen specifiek waren voor de prikkelende synapsen en een korte blootstelling aan grafeenvlokken zou de pathologische plasticiteit van de synapsen kunnen voorkomen."

Dankzij deze bevindingen grafeenvlokken hebben hun potentieel aangetoond als nanotools (biomedische tools samengesteld uit nanomaterialen) die op een specifieke en omkeerbare manier kunnen werken op synaptische activiteit om een ​​pathologisch proces te onderbreken en daarom kunnen ze ook worden gebruikt om medicijnen te vervoeren of voor andere toepassingen op het gebied van precisie geneeskunde.