Магнитные нанодиски для механической стимуляции нейронов

Исследователи из MIT и других учреждений разработали новый метод дистанционной механической стимуляции нейронов с помощью магнитных наночастиц. Это открывает путь к контактной терапии, альтернативной электрической нейростимуляции и фармацевтическим препаратам.

Проблема и решение

Нейроны могут реагировать на механические воздействия (давление, вибрацию), но изучать эти реакции было сложно из-за отсутствия легко контролируемого метода стимуляции. Новый метод позволяет стимулировать клетки беспроводно, после однократной инъекции частиц, активируя их внешним магнитным полем.

Ключевые особенности технологии

• Целевые клетки: нейроны дорсального ганглия, особенно чувствительные к механическим силам.
• Агент стимуляции: нанодиски из магнетита (биосовместимого оксида железа) диаметром ~100 нм.
• Принцип работы: в слабом переменном магнитном поле (несколько миллитесла, несколько герц) нанодиски меняют конфигурацию внутренних спинов и начинают колебаться, создавая силы, достаточные для активации механорецепторов нейронов.
• Преимущество: отсутствие инвазивных электродов, высокая биосовместимость.

Научная основа

Частицы обладают необычным магнитным свойством: в отсутствие поля их спины образуют вихревую конфигурацию, делая их стабильными. При включении слабого поля спины выстраиваются в плоскости диска, заставляя его "вибрировать" как рычаг. Преобразование исходного гематита в магнетит было ключевым химическим шагом.

Значение и перспективы

Это первая демонстрация возможности использования наночастиц для передачи значительных сил на мембраны нейронов с целью их стимуляции. Метод открывает возможности для модуляции функции практически любого органа, где клетки чувствительны к механическим силам, приближая науку к цели биоэлектронной медицины без лекарств и электродов.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.