Ученые нашли новый способ стимуляции участков мозга

Исследователи из Массачусетского технологического института сообщают, что новые магнитные нанодиски могут стать гораздо менее инвазивным способом стимуляции участков мозга, открывая путь к стимулирующей терапии без имплантатов или генетической модификации.

Ученые предполагают, что крошечные диски, которые составляют около 250 нанометров в поперечнике (примерно 1/500 ширины человеческого волоса), будут вводиться непосредственно в желаемое место в мозге. Оттуда их можно будет активировать в любое время, просто прикладывая магнитное поле снаружи тела.

Новые частицы могут быстро найти применение в биомедицинских исследованиях и, в конечном итоге, после достаточного тестирования, могут быть использованы в клинических целях.

Разработка этих наночастиц описана в журнале Nature Nanotechnology в статье Полины Аникеевой, профессора кафедр материаловедения и инженерии, а также наук о мозге и когнитивных науках Массачусетского технологического института, аспирантки Йе Джи Ким и еще 17 ученых Массачусетского технологического института и Германии.

Глубокая стимуляция мозга — это распространенная клиническая процедура, при которой в целевые области мозга имплантируются электроды для лечения симптомов неврологических и психиатрических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и обсессивно-компульсивное расстройство. Несмотря на свою эффективность, хирургическая сложность и клинические осложнения, связанные с DBS, ограничивают число случаев, когда такая инвазивная процедура оправдана. Новые нанодиски могут обеспечить гораздо более щадящий способ достижения тех же результатов.

За последнее десятилетие были разработаны другие методы стимуляции мозга без имплантации. Однако эти подходы часто были ограничены пространственным разрешением или способностью воздействовать на глубокие области.

Поскольку все нервные клетки чувствительны к электрическим сигналам , Ким, аспирант в группе Аникеевой, выдвинул гипотезу, что магнитоэлектрический наноматериал, который может эффективно преобразовывать намагниченность в электрический потенциал, может предложить путь к удаленной магнитной стимуляции мозга. Однако создание наномасштабного магнитоэлектрического материала было сложной задачей.

Ким синтезировал новые магнитоэлектрические нанодиски и сотрудничал с Ноем Кентом, постдоком в лаборатории Аникеевой, имеющим образование в области физики и являющимся вторым автором исследования, чтобы понять свойства этих частиц.

Структура новых нанодисков состоит из двухслойного магнитного сердечника и пьезоэлектрической оболочки. Магнитный сердечник является магнитострикционным, что означает, что он меняет форму при намагничивании. Эта деформация затем вызывает напряжение в пьезоэлектрической оболочке, что приводит к переменной электрической поляризации.

Благодаря сочетанию этих двух эффектов эти композитные частицы могут передавать электрические импульсы нейронам при воздействии магнитных полей.

Одним из ключей к эффективности дисков является их дисковая форма. Предыдущие попытки использовать магнитные наночастицы использовали сферические частицы, но магнитоэлектрический эффект был очень слабым, говорит Ким. Эта анизотропия усиливает магнитострикцию более чем в 1000 раз, добавляет Кент.

Команда сначала добавила свои нанодиски к культивируемым нейронам, что позволило им активировать эти клетки по требованию короткими импульсами магнитного поля. Эта стимуляция не требовала никакой генетической модификации.

Затем они ввели небольшие капли раствора магнитоэлектрических нанодисков в определенные области мозга мышей. Затем простое включение относительно слабого электромагнита поблизости заставляло частицы высвобождать крошечный разряд электричества в этой области мозга. Стимуляцию можно было включать и выключать дистанционно, переключая электромагнит. Эта электрическая стимуляция «влияла на активность нейронов и поведение», говорит Ким.

Команда обнаружила, что магнитоэлектрические нанодиски могут стимулировать глубокую область мозга, вентральную область покрышки, которая связана с чувством вознаграждения.

Нанодиски могли вызывать нейронную активность, сравнимую с обычными имплантированными электродами, обеспечивающими мягкую электрическую стимуляцию. Авторы достигли субсекундной временной точности для нейронной стимуляции с помощью своего метода, но при этом наблюдали значительное снижение реакций на инородное тело по сравнению с электродами, что потенциально позволяет проводить еще более безопасную глубокую стимуляцию мозга .



Рудой Андрей Владимирович, Общество с ограниченной ответственностью «Три «Ч», Транс, Кен Даниил Олегович, Кац Максим Евгеньевич, Некоммерческая организация «Фонд защиты прав граждан «Штаб», Фонд «Центр гражданского анализа и независимых исследований «ГРАНИ», Автономная некоммерческая организация «Научный центр международных исследований «ПИР» признаны в РФ иностранными агентами.
Автор: Валерия Орлова
Источник: phys.org
📅 Вчера, 12:12