使用磁性纳米粒子远程控制激素释放

麻省理工学院的工程师已经开发出磁性纳米粒子（以白色正方形显示），可以刺激肾上腺产生应激激素，例如肾上腺素和皮质醇。

科学家使用磁性纳米粒子刺激啮齿动物的肾上腺，以控制与压力有关的激素的释放。

压力激素（如肾上腺素和皮质醇）的异常水平与多种心理健康疾病有关，包括抑郁症和创伤后应激障碍（PTSD）。麻省理工学院的研究人员现在已经设计出一种方法，可以利用磁性纳米粒子远程控制这些激素从肾上腺的释放。

研究人员说，这种方法可以帮助科学家更多地了解激素释放如何影响心理健康，并最终提供治疗激素相关疾病的新方法。

麻省理工学院材料科学与工程学，大脑与认知学教授波琳娜科学。

为了实现对激素释放的控制，Anikeeva研究小组的麻省理工学院理工学院的博士后Dekel Rosenfeld开发了可以注入肾上腺的特殊磁性纳米颗粒。当暴露在弱磁场中时，颗粒会稍微加热，从而激活触发激素释放的热响应通道。该技术可用于以最小的侵入性刺激体内深处的器官。

明尼苏达大学精神病学助理教授，麻省理工学院皮克尔学习与记忆研究所的前研究员Anikeeva和Alik Widge是这项研究的资深作者。Rosenfeld是该论文的主要作者，该论文于2020年4月10日发表在《科学进展》上。

控制激素

Anikeeva的实验室以前已经设计出了几种新颖的磁性纳米材料，包括可以在精确的时间在体内特定位置释放药物的颗粒。

在这项新研究中，研究团队希望探索通过操纵中枢神经系统外但通过激素释放影响器官的器官来治疗脑部疾病的想法。一个众所周知的例子是下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴，它调节哺乳动物的应激反应。肾上腺分泌的激素，包括皮质醇和肾上腺素，在抑郁，压力和焦虑中起重要作用。

麻省理工学院MIT研究实验室成员Anikeeva说：“如果我们能够学会调节那些局部回路，而不是回到中枢神经系统的全局回路，那么我们认为某些神经系统疾病可以从周围治疗。”电子和麦戈文脑科学研究所。

作为刺激激素释放的目标，研究人员决定控制钙流入肾上腺细胞的离子通道。这些离子通道可以通过多种刺激（包括热）激活。当钙通过开放通道流入肾上腺细胞时，细胞开始抽出激素。罗森菲尔德说：“如果我们想调节那些激素的释放，就需要从根本上调节钙向肾上腺细胞的流入量。”

与Anikeeva小组先前的研究不同，在这项研究中，磁热刺激被用于调节细胞的功能，而无需人工引入任何基因。

为了刺激肾上腺细胞中天然存在的这些热敏通道，研究人员设计了由磁铁矿制成的纳米颗粒，磁铁矿是一种铁氧化物，可形成微小的磁性晶体，厚度约为人发厚度的1/5000。在大鼠中，他们发现这些颗粒可以直接注射到肾上腺，并在那里保留至少六个月。当大鼠暴露于弱磁场（大约50密耳，比用于磁共振成像（MRI）的磁场弱100倍）时，颗粒加热约6摄氏度，足以触发钙通道打开而不会损坏任何周围的组织。

他们针对的热敏感通道称为TRPV1，可在全身的许多感觉神经元中找到，包括疼痛受体。辣椒素可以使TRPV1通道活化，辣椒素是一种使辣椒具有热量和温度的有机化合物。它们遍布哺乳动物物种，属于许多其他对热也敏感的通道的家族。

这种刺激引发了激素冲动-使皮质醇的产量增加了一倍，并将去甲肾上腺素提高了约25％。这导致了动物心率的显着提高。

治疗压力和痛苦

研究人员现在计划使用这种方法来研究激素释放如何影响PTSD和其他疾病，他们说最终可以将其用于治疗此类疾病。研究人员说，这种方法将为潜在的治疗方法（包括植入医疗器械以电刺激激素释放）提供更具侵入性的替代方法，这在诸如柔软而高度血管化的肾上腺等器官中是不可行的。

该策略可以有望实现的另一个领域是疼痛的治疗，因为在疼痛受体中经常发现热敏离子通道。

Anikeeva说：“通过这种技术调节疼痛受体的潜力，将使我们能够研究疼痛，控制疼痛，并在将来有一些临床应用，有望为慢性疼痛提供替代药物或植入物的方法。”通过进一步研究其他器官中TRPV1的存在，该技术可以潜在地扩展到其他外周器官，例如消化系统和胰腺。

参考：Dekel Rosenfeld，Alexander W. Senko，Junsang Moon，Isabel Yick，Georgios Varnavides，DanijelaGregureć，Florian Koehler，Po-Han Chiang，Michael G. Christiansen，Lisa Y. Maeng撰写的“肾上腺激素的无转基因远程磁热调节” Alik S.Widge和Polina Anikeeva，2020年4月10日，《科学进展》。DOI：
10.1126 / sciadv.aaz3734

该研究由美国国防部高级研究计划局ElectRx计划，Bose研究补助金，美国国立卫生研究院脑计划和MIT-Technion奖学金资助。