新技术提供直接刺激无线连接的神经元

使用外部磁场和注入的磁性纳米颗粒，由MIT研究人员开发的一种新技术可能导致脑组织的长期潜在刺激而无需外部连接。

该视频显示出在磁性纳米颗粒存在下具有交替磁场的磁热励磁作为神经元中的钙离子流入神经元。右边的神经元已用辣椒素受体TRPV1热致敏;左边的神经元没有。

MIT的研究人员已经开发了一种使用外部磁场刺激脑组织的方法，并注入磁性纳米粒子 - 一种允许直接刺激神经元的技术，这可能是各种神经系统的有效治疗，而无需植入物或外部连接。

该研究由Polina Anikeeva进行材料科学与工程助理教授，研究生Ritchie Chen和三个其他人，已在COSSCOLE中发表。

以往努力使用电力脉冲刺激大脑的努力有效地减少或消除与帕金森病相关的震颤，但治疗仍然是最后的手段，因为它需要高度侵入性的植入线，该电线连接到大脑外的电源。

“在未来，我们的技术可以提供无植入手段来提供脑刺激和映射，”Anikeeva说。

在他们的研究中，团队将磁性氧化铁颗粒注入22纳米的直径进入脑中。当暴露于外部交替磁场时 - 可以穿透在生物组织内深处 - 这些颗粒迅速加热。

由此产生的局部温度升高可以通过触发热敏辣椒素受体来导致神经活化 - 相同的蛋白质，即身体用于检测辛辣食物的实际热量和“加热”。（辣椒素是辣椒味道的味道的化学品。）Anikeeva的团队使用病毒基因递送，诱导脑中选定神经元中的热量的敏感性。

图像显示磁性纳米颗粒存在下的交替磁场的磁热激发的钙离子流入神经元。

除了加热时，颗粒几乎没有与生物组织相互作用，往往仍然存在于它们放置的位置，允许长期治疗，而无需进一步侵入性程序。

“纳米粒子集成到组织中并保持在很大程度上，”Anikeeva说。“然后，通过外部施加交替磁场可以刺激该区域。我们的目标是POUT，无论我们是否可以以无线和非侵略性方式向神经系统提供刺激。“

这项新的工作已经证明了这种方法是可行的，但很多工作仍然是将这种概念证明成为大脑研究或临床治疗的实用方法。

磁场和注射颗粒的使用是癌症研究的活性面积;思想是这种方法可以通过加热它们来破坏癌细胞。“从该研究中，新技术是从该研究中衍生出来的，”Anikeeva说。“通过校准递送的热剂量，我们可以促进神经元而不会杀死它们。磁性纳米颗粒也已用于数十年作为MRI扫描中的造影剂，因此它们在人体中被认为是相对安全的。“

该团队开发了用精确控制的尺寸和形状制造粒子的方法，以便最大化它们与所施加的交流场的相互作用。他们还开发了提供所应用的磁场的装置：癌症治疗的现有装置 - 旨在产生更强烈的加热 - 对于本申请来说太大而且能量效率低。

朝着人类临床应用的实际技术的下一步是要了解我们的方法通过神经记录和行为实验如何工作，并评估受影响地区的组织是否有任何其他副作用，“Anikeeva说。

这是“深脑刺激的完全新的方法”，斯坦福大学化学助理教授Bianxiao Cui说，斯坦福大学助理教授，他们没有参与这项研究。“与电极植入相比，新方法显着的是，与电极植入相比，相对容易施用并诱导较少的脑组织反应。更重要的是，可以远程控制刺激，深脑刺激的高吸引力。“

除了Anikeeva和Chen之外，研究团队还包括Postdoc Gabriela Romero，研究生Michael Christiansen和本科艾伦Mohr。该工作由国防高级研究项目局，麻省理工学院麦戈尔恩大脑研究所和国家科学基金会提供资金。

出版物：Ritchie Chen，等，“无线磁热深脑刺激”，Science，2015; DOI：10.1126 / science.1261821

研究报告的PDF副本：无线磁热深脑刺激

图像：由研究人员礼貌