Исследователи в Массачусетском технологическом институте разработали метод стимуляции вещества головного мозга, используя воздействие внешнего магнитного поля на введенные магнитные наночастицы. Эта методика позволяет производить прямую стимуляцию нейронов без имплантов и внешних подключений, что может быть эффективным средством для лечения различных неврологических заболеваний.

наночаститцы и нервные клетки

На рисунке показан приток ионов кальция внутрь нейронов в результате их возбуждения с помощью переменного магнитного поля в присутствии магнитных наночастиц.

 

Исследование, проведенное Алиной Аникеевой и ее помощниками, было опубликовано в журнале Science.

Предыдущие попытки стимулировать мозг, используя электрические импульсы, показали свою эффективность в уменьшении или устранении тремора при болезни Паркинсона. Но этот метод был последним средством в лечении этой болезни из-за высокой инвазивности процедуры (в мозг имплантируются электроды, которые соединяются с внешним источником питания).

«В будущем наша техника может обеспечить стимуляцию и картирование мозга без имплантов», — говорит Полина Аникеева.

В этом исследовании команда вводит в мозг частицы окиси железа диаметром 22 нанометра. При воздействии внешнего переменного магнитного поля, которое проникает вглубь биологических тканей, эти частицы нагреваются. В результате локального увеличения температуры происходит активация нервной ткани из-за раздражения тепловых капсаицин-рецепторов. Команда Аникеевой использует вирусную доставку генов, чтобы вызвать чувствительность отдельных нейронов головного мозга к воздействию тепла.

Наночастицы в неактивном состоянии не имеют никакого взаимодействия с окружающими биологическими тканями, остаются в месте их введения, позволяют проводить длительное лечение без необходимости дальнейших инвазивных процедур. С помощью внешнего переменного магнитного поля проводится стимуляция этих частиц. Целью данного исследования, по словам Аникеевой, являлось изучение возможности доставки стимулов в нервную ткань беспроводным и неинвазивным путем.

Эта работа показывает, что такой подход осуществим, но многое еще нужно доработать, чтобы внедрить этот метод в практическую медицину.

Магнитное излучение и введение частиц активно изучались в методах лечения рака. С помощью такого подхода пытались уничтожить клетки опухоли, нагревая их. Новая техника, разработанная Аникеевой, берет свое начало из этого метода. С помощью калибровки степени нагревания можно добиться возбуждения нейронов, не убивая их.

Команда разработала способы создания частиц с точно контролированными размерами и формой, чтобы добиться максимального их взаимодействия с магнитным полем, а также усовершенствовала приборы для его доставки в биологические ткани. Следующим шагом будет внедрение этой технологии для клинического использования у людей, чтобы лучше понять (с помощью нейронных записей и поведенческих экспериментов) как можно использовать этот метод, выявить возможные побочные эффекты воздействия на ткани мозга в зоне возбуждения.