Tecnología innovadora de grafeno para amortiguar la actividad de las sinapsis:esta es la idea detrás de un estudio publicado recientemente en la revista ACS Nano coordinado por la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste (SISSA) y la Universidad de Trieste. En particular, el estudio mostró cuán efectivas son las escamas de óxido de grafeno para interferir con las sinapsis excitadoras, un efecto que podría resultar útil en nuevos tratamientos para enfermedades como la epilepsia.

El laboratorio de Laura Ballerini de SISSA en colaboración con la Universidad de Trieste, la Universidad de Manchester y la Universidad de Castilla -la Mancha, ha descubierto un nuevo enfoque para modular las sinapsis. Esta metodología podría ser útil para tratar enfermedades en las que se altera la actividad nerviosa eléctrica. Ballerini y Maurizio Prato (Universidad de Trieste) son los investigadores principales del proyecto dentro del buque insignia europeo sobre grafeno, una colaboración internacional de diez años de largo alcance (mil millones de euros en financiación) que estudia los usos innovadores del material.

Los tratamientos tradicionales para las enfermedades neurológicas generalmente incluyen medicamentos que actúan sobre el cerebro o neurocirugía. Hoy sin embargo, La tecnología del grafeno se muestra prometedora para este tipo de aplicaciones, y está recibiendo una mayor atención por parte de la comunidad científica. El método estudiado por Ballerini y sus colegas utiliza "nano-cintas de grafeno" (escamas) que amortiguan la actividad de las sinapsis simplemente por estar presentes.

"Administramos soluciones acuosas de escamas de grafeno a neuronas cultivadas en condiciones de exposición 'crónica', repitiendo la operación todos los días durante una semana. Analizar la actividad eléctrica neuronal funcional, luego rastreamos el efecto en las sinapsis ", dice Rossana Rauti, Investigador del SISSA y primer autor del estudio.

En los experimentos, el tamaño de las escamas varió (10 micrones u 80 nanómetros), así como el tipo de grafeno:en una condición se utilizó grafeno, en otro, óxido de grafeno. "El efecto 'amortiguador' sobre la actividad sináptica ocurre solo con escamas más pequeñas de óxido de grafeno y no en otras condiciones, "dice Ballerini." El efecto, en el sistema que probamos, es selectivo para las sinapsis excitadoras, mientras que está ausente en las inhibitorias "

Una cuestión de tamaño

¿Cuál es el origen de esta selectividad? "Sabemos que, en principio, el grafeno no interactúa químicamente con las sinapsis de manera significativa; su efecto probablemente se deba a la mera presencia de sinapsis, "explica el investigador del SISSA y uno de los autores del estudio, Denis Scaini. "Todavía no tenemos pruebas directas, pero nuestra hipótesis es que existe un vínculo con la organización subcelular del espacio sináptico ".

Una sinapsis es un punto de contacto entre una neurona y otra donde la señal eléctrica nerviosa "salta" entre una unidad pre y postsináptica. Hay una pequeña brecha o discontinuidad donde la señal eléctrica es "traducida" por un neurotransmisor y liberada por terminación presináptica en el espacio extracelular y reabsorbida por el espacio postsináptico. para ser traducido nuevamente a una señal eléctrica. El acceso a este espacio varía según el tipo de sinapsis:"Para las sinapsis excitadoras, la organización de la estructura permite una mayor exposición para la interacción de las escamas de grafeno, a diferencia de las sinapsis inhibitorias, que son menos accesibles físicamente en este modelo experimental, "dice Scaini.

Otra pista de que la distancia y el tamaño podrían ser cruciales en el proceso se encuentra en la observación de que el grafeno realiza su función solo en forma oxidada. "El grafeno normal parece una hoja estirada y rígida, mientras que el óxido de grafeno parece arrugado, y posiblemente favoreciendo así la interfaz con el espacio sináptico, "agrega Rauti.

La administración de soluciones en escamas de grafeno deja las neuronas vivas e intactas. Por esta razón, el equipo cree que podrían usarse en aplicaciones biomédicas para tratar ciertas enfermedades. "Podemos imaginar apuntar a una droga explotando la selectividad aparente de las escamas para las sinapsis, por tanto, apuntando directamente a la unidad funcional básica de las neuronas ", concluye Ballerini.