Nanosensori sensibili e specifici di potassio per rilevare convulsioni epilettiche
23.02.2020 18:41
I ricercatori del Center for Nanoparticle Research, all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS, Corea del Sud) in collaborazione con collaboratori dell'Università di Zhejiang, in Cina, hanno segnalato un nanosensore altamente sensibile e specifico in grado di monitorare i cambiamenti dinamici degli ioni di potassio nei topi sottoposti a epilessia convulsioni, indicando la loro intensità e origine nel cervello.
L'epilessia è un disturbo del sistema nervoso centrale accompagnato da attività cerebrale anormale, che provoca convulsioni o periodi di comportamento insolito, sensazioni e talvolta perdita di consapevolezza. Se le convulsioni epilettiche durano per 30 minuti o più, possono causare danni cerebrali permanenti o persino la morte. È ben nota la necessità di tecnologie per valutare il grado di attività elettrica anormale associata all'epilessia.
Uno dei principali obiettivi dell'indagine è lo ione potassio (K +). Questo ione influisce sulla differenza di potenziale elettrico tra le membrane interne ed esterne dei neuroni e influisce sull'eccitabilità intrinseca neuronale e sulla trasmissione sinaptica. Nonostante gli sforzi significativi per migliorare la selettività dei sensori K +, sono ancora tutt'altro che soddisfacenti perché i reporter ottici attualmente disponibili non sono in grado di rilevare piccoli cambiamenti negli ioni di potassio, in particolare negli animali che si muovono liberamente. Inoltre, sono suscettibili alle interferenze degli ioni sodio poiché l'afflusso di Na + è brevemente seguito dall'efflusso di K + quando gli impulsi passano lungo la membrana di una cellula nervosa. In questo studio pubblicato su Nature Nanotechnology, i ricercatori riportano un nanosensore K + altamente sensibile e selettivo in grado di monitorare i cambiamenti di K + nelle diverse parti del cervello dei topi che si muovono liberamente.
Il nuovo nanosensore è creato con nanoparticelle di silice porosa schermate da una membrana ultrasottile permeabile al potassio che è molto simile al canale del potassio nelle cellule cerebrali. La dimensione dei pori consente solo a K + di diffondersi dentro e fuori, raggiungendo un limite di rilevazione di appena 1,3 micromolari. Ciò consente la lettura specifica delle variazioni sub-millimolari di K + extracellulare e la mappatura spaziale di questo ione nel cervello.