Ученые удаленно контролируют нейроны и поведение животных с помощью магнитных наночастиц
Кластеры нагреваемых магнитных наночастиц, нацеленные на клеточные мембраны, могут дистанционно управлять ионными каналами, нейронами и даже поведением животных. Об этом сообщают физики из Университета в Буффало в статье, опубликованной в Nature Nanotechnology.
Исследование имеет широкие перспективы применения: от инновационных методов лечения рака, удаленно манипулирующих определенными белками или клетками в тканях, до улучшенной терапии диабета, которая дистанционно стимулирует клетки поджелудочной железы к высвобождению инсулина. Метод также может быть использован для разработки новых методов лечения некоторых неврологических расстройств, вызванных недостаточной нейростимуляцией.
«Разработав метод, позволяющий использовать магнитные поля для стимуляции клеток как in vitro, так и in vivo, это исследование поможет нам распутать сигнальные сети, контролирующие поведение животных», — говорит Арнд Пралле, доктор философии, старший автор статьи.
Ученые продемонстрировали, что их метод может:
- Открывать кальциевые ионные каналы.
- Активировать нейроны в клеточной культуре.
- Управлять движениями крошечных нематод C. elegans.
Наночастицы направляли к амфиду — «рту» червей. При включении магнитного поля, нагревающего частицы до 34 градусов Цельсия, большинство червей разворачивалось. Этот порог температуры совпадает с естественным, вызывающим у червей избегающее поведение, что указывает на применимость метода для исследований на целых организмах.
Суть метода:
- Магнитные наночастицы размером 6 нм (легко диффундируют между клетками) нацеливаются на клеточную мембрану.
- При воздействии радиочастотного магнитного поля (сопоставимого с полем МРТ) частицы нагреваются.
- Нагрев стимулирует клетку, не повышая температуру внутри нее и не убивая ее. Метод позволяет нагревать только клеточную мембрану.
В той же статье ученые сообщают о создании флуоресцентного зонда — «наноградусника», — который измеряет нагрев частиц до 34 °C по изменению интенсивности свечения. Это упрощает измерение температурных изменений в наномасштабе.
Способность метода равномерно активировать клетки на большой площади указывает на его потенциальную применимость для in vivo воздействия на весь организм.