Тёплые наночастицы стимулируют мозг

Наночастицы, разогретые магнитным полем, могут заменить обычные мозговые имплантаты с электродами и внешними источниками питания.

тёплые наночастицы стимулируют мозг
Наночастицы из оксида железа на поверхности клетки.

Многие слышали про методы транскраниальной стимуляции мозга, когда на ту или иную зону коры полушарий без какого-либо хирургического вмешательства воздействуют магнитным полем или слабым электрическим током. В прошлом году в Science была опубликована статья, где говорилось, что с помощью внешнего магнитного поля можно улучшить память, а в 2013 году исследователи из Университета Бен-Гуриона сумели с его помощью избавить нескольких курильщиков от их вредной привычки – по крайней мере, на полгода.

Но чисто транскраниальные методы не отличаются высокой специфичностью. С другой стороны, существуют инвазивные способы, когда мы имплантируем в мозг электроды, которые избирательно действуют на определённые группы клеток. С помощью таких электродов можно, к примеру, подавить мышечный тремор у больных синдромом Паркинсона, однако неудобства такого метода очевидны: хирургическое вмешательство плюс необходимость внешнего источника питания.

тёплые наночастицы стимулируют мозг
Нейроны под электронным микросокопом.

Полина Аникеева из Массачусетского технологического института и сотрудники её лаборатории разработали остроумный метод, который позволяет обойтись без постоянного мозгового имплантата и при этом обеспечивает специфичность стимуляции. Суть его в том, что в мозг вводятся наночастицы из оксида железа, которые не несут никаких лекарств, однако могут нагреваться в магнитном поле. Нагревшись, они стимулируют рецепторы капсаицина на клеточных мембранах. Капсаицин – алкалоид, обеспечивающий жгучий вкус стручковому перцу, рецепторные белки к нему (TRPV1) есть у разных клеток, в том числе и у некоторых нейронов головного мозга. Однако в случае отсутствия рецепторов можно генноинженерными способами заставить клетку их синтезировать – что и было сделано в данном случае.

Белки, чувствительные к капсаицину, реагируют на нагретые наночастицы и открывают ионный канал в мембране, в результате клетка возбуждается и генерирует импульс. Обычно такие горячие наночастицы рассматривают как противоопухолевое средство, позволяющее убивать раковые клетки, однако на сей раз исследователи были заинтересованы как раз в том, чтобы просто возбуждать клетки, не убивая их. Отрегулировав силу магнитного поля, можно добиться нужной температуры частиц и нужного эффекта. Сами они, будучи химически полностью инертными по отношению к живой ткани, могут довольно долго оставаться там, куда их ввели. Как пишут авторы работы в своей статье в Science, их метод позволил в течение месяца стимулировать у мышей область среднего мозга, называемую вентральную областью покрышки (которая, к слову, вовлечена в систему подкрепления и участвует в формировании наркотической зависимости).

В будущем наночастицы с магнитным полем можно использовать как беспроводной и «долгоиграющий» стимулятор нейронов, который позволял бы решать самые разные исследовательские и медицинские задачи. Разумеется, до практического применения здесь ещё далеко, однако у нас есть принципиальное доказательство того, что такой метод возможен и работает – а это уже немало.

Автор: Кирилл Стасевич

Ссылка на источник