Механический способ стимуляции нейронов

В дополнение к отвечая на электрические и химические раздражители, многие из нейронных клеток организма могут также реагировать на механические воздействия, например, давления или вибрации. Но эти ответы были более трудным для исследователей, чтобы изучить, потому что не было легко управляемый способ для индуцирования такая механическая стимуляция клеток. Теперь, исследователи в Массачусетском технологическом институте и в других местах нашли новый способ для этого.

Находки может предложить шаг в сторону новых видов лечебных процедур, аналогичных электрически основе нейростимуляции, которая была использована для лечения болезни Паркинсона и других условий. В отличие от тех систем, которые требуют внешнего подключения провод, новая система будет полностью бесконтактным после первой инъекции частиц, и может быть возобновлен по желанию за счет внешнего приложенного магнитного поля.

Находке сообщается в журнале ACS Nano в статье бывшего постдока в MIT Даниэла Gregurec, Александр Сенько кандидат ’19, доцент Полина Аникеева, и девяти другим в Массачусетском технологическом институте, в Бостоне Brigham и Женской больницы, и в Испании.

Новый метод открывает новые пути для стимуляции нервных клеток в организме, который до сих пор почти полностью опирался на либо химических путей, с помощью лекарственных препаратов, а также на токопроводы, которые требуют инвазивных провода поставить напряжение в теле. Эта механическая стимуляция, которая активирует совершенно разных сигнальных путей в нейронах себе, может дать значительную область исследования, говорят ученые.

«Интересная вещь о нервной системе является то, что нейроны на самом деле можно обнаружить сил», — говорит Сенько. «Вот как ваши тактильные ощущения, а также чувство слуха и равновесия».Группа ориентирована на определенную группу нейронов в структуре, известной как спинной корень ганглиев, которая образует интерфейс между Центральной и периферийной нервной системы, потому что эти клетки особенно чувствительны к механическим силам.

Применение методики могут быть аналогичны тем, которые разрабатываются в области биоэлектронных лекарственных средств, Сенько говорит, но те требуют электродов, которые обычно намного крупнее и жестче, чем нейронов стимулируются, что ограничивает их точность, а иногда и повреждать клетки.

Ключ к новой процесс развивается мизер дисков с необычной магнитные свойства, которые могут вызвать их, чтобы начать порхать при воздействии на определенного рода вариацией магнитного поля. Хотя частицы сами по себе являются менее 100 нанометров, примерно одной сотой размера нейронов, они пытаются стимулировать, они могут быть сделаны и вводят в больших количествах, так что в совокупности их влияние достаточно сильно, чтобы активировать клетки, рецепторы давления. «Мы сделали наночастицы, которые на самом деле производят силы, которые клетки могут обнаруживать и реагировать на них,» — говорит Сенько.

Аникеева говорит, что обычных магнитных наночастиц потребовало бы нереально большие магнитные поля, чтобы быть активирован, так что найти материалы, которые могли бы обеспечить достаточную силу только с умеренной магнитной активации был «очень сложная проблема».Решение оказалось новым видом магнитные нанодиски.

Эти диски, которые несколько сотен нанометров в диаметре, и содержат в себе конфигурации вихревых атомных спинов, когда нет никаких внешних магнитных полей применяется. Это делает частицы ведут себя так, как если бы они были не магнитный, что делает их исключительно стабилен в растворах. Когда эти диски подвергаются очень слабое переменное магнитное поле в несколько МТЛ, с низкой частотой всего несколько Герц, они переключаются в состояние, в котором внутренние вращения ориентированы в плоскости диска. Таким образом, нанодиски, действуют как рычаги качаются вверх и вниз с направлением поля.

Аникеева, который является адъюнкт-профессором на кафедрах материаловедения и инженерии и мозга и когнитивных наук, говорит, что эта работа сочетает в себе несколько дисциплин, в том числе и новой химии, которые привели к развитию этих нанодиски, наряду с электромагнитными воздействиями и работа по биологии нейростимуляции.

Команда впервые рассматривается через частицы магнитного сплава металла, который мог бы дать необходимые силы, но они не были биосовместимых материалов, и они были непомерно дорогими. Исследователи нашли способ использовать частицы сделаны из гематита, доброкачественная оксида железа, который может сформировать необходимые формы диска. Затем гематит был преобразован в магнетит, который обладает магнитными свойствами они нужны и, как известно, доброкачественные в организм. Это химическое превращение гематита в магнетит стремительно превращается в кроваво-красный тюбик частиц в угольно-черный.

«Мы должны были убедиться, что эти частицы действительно поддержал это действительно необычное спиновое состояние, этот вихрь,» Gregurec говорит. Сначала они опробовали недавно разработанных наночастиц и доказали, с помощью систем голографической визуализации предоставили коллеги в Испании, что частицы действительно реагируют как и ожидалось, обеспечивая необходимые силы, чтобы получить ответы от других нейронов. Результаты пришли в конце декабря и «все думали, что это был рождественский подарок,» Аникеева вспоминает: «Когда мы получили наш первый голограмм, и мы смогли увидеть, что то, что мы теоретически предсказано и химически подозрения, был физически правда».

В работе находится еще в зачаточном состоянии, — говорит она. «Это первая демонстрация того, что можно использовать эти частицы преобразовывать большие силы на мембранах нейронов для того, чтобы стимулировать их».

Она добавляет, «что открывает целое поле возможностей. … Это означает, что где-либо в нервной системе, где клетки чувствительны к механическим силам, и по сути, любой орган, теперь мы можем модулировать функции этого органа». Что приносит наука на шаг ближе, она говорит, чтобы цель биоэлектронной медицины, которые могут обеспечить стимуляцию на уровне отдельных органов или частей организма, без потребности в наркотиках или электроды.

почувствуйте разницу: спонсорские возможности