Управление связью между нервными клетками с помощью наноразмерного нагрева светом
Исследователи из Института нанобионаук (WPI-NanoLSI) Университета Канадзавы создали искусственные синаптические везикулы, которыми можно дистанционно управлять ближним инфракрасным (NIR) светом. Встраивание фталоцианинового красителя в липидные бислои позволило добиться локального нагрева, модулирующего проницаемость мембраны для точного высвобождения нейромедиаторов, таких как ацетилхолин.
Результаты, опубликованные в ACS Nano, демонстрируют, что наноразмерный нагрев может контролировать коммуникацию между нервными клетками. Работа открывает новые пути для негенетической модуляции нейрональной активности с потенциальным применением в нейронауках, доставке лекарств и биоинженерии.
Команда под руководством Сатоши Араи показала, что встраивание красителя фталоцианина ванадия (VPc) в мембраны липосом позволяет индуцировать светом локальный нагрев, ограниченный на молекулярном уровне. В отличие от обычных термочувствительных липосом, зависящих от объемного нагрева, этот подход обеспечивает обратимое и высоколокализованное высвобождение молекул-«груза» без причинения обширных тепловых повреждений.
Ключевые результаты
В лабораторных экспериментах исследователи инкапсулировали ацетилхолин в VPc-липосомы и показали, что импульсы NIR-света могут запускать быстрое высвобождение нейромедиатора в заданных местах. Этого высвобождения было достаточно, чтобы вызвать кальциевый поток в мышечных клетках и нейрональные ответы в мозге дрозофилы. Молекулярно-динамическое моделирование подтвердило, что VPc предпочтительно локализуется внутри липидных мембран, обеспечивая эффективное тепловое ограничение и высвобождение полезного груза.
«Ограничивая нагрев липидным бислоем, мы достигли точного контроля высвобождения нейромедиатора в термически чувствительных биологических системах», — пишут авторы. — «Эта светомодулируемая везикулярная система представляет собой перспективную платформу для изучения нейрональной коммуникации и разработки новых терапевтических стратегий».
Потенциальное значение
Исследование представляет новую концепцию NIR-светомодулируемых искусственных синаптических везикул, которую можно расширить для систем целевой доставки лекарств, биопротезирования и микроинструментов для нейронаук. Этот подход также может повлиять на разработку будущих технологий в регенеративной медицине, нейромодуляции и биоинспирированных наноустройствах.