Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый метод стимуляции мозга, при котором используется внешнее магнитное поле и магнитные наночастицы.
Никакой электрической стимуляции нейронов.
Новая техника может быть использована для лечения целого ряда неврологических заболеваний без необходимости имплантации сложных устройств и внешних соединений.
Автор изобретения Полина Аникеева (Polina Anikeeva), преподаватель материаловедения и инжиниринга MIT, вместе со своими коллегами опубликовала результаты потрясающей работы на страницах онлайн-журнала Science.
Предпринятые ранее попытки стимулировать мозг при помощи электрических импульсов продемонстрировали высокую эффективность при лечении тремора, связанного с болезнью Паркинсона. Но такая терапия остается последним вариантом, поскольку требует инвазивной процедуры – имплантации электродов и проводов, которые соединяются с источником питания вне мозга.
«В будущем наша техника может стать основой неинвазивных устройств для стимуляции и изучения активности головного мозга», — пишет Аникеева в своей статье.
В последней работе ее команда пробовала вводить в мозг животных магнитные наночастицы из оксида железа диаметром всего 22 нанометра. При воздействии внешнего магнитного поля, которое способно достаточно глубоко проникать в живые ткани, эти частицы быстро нагреваются.
В результате повышения температуры происходит активация нейронов благодаря действию теплочувствительных капсаициновых рецепторов. Это те самые протеины, которые отвечают за восприятие острой пищи (капсаицин содержится в красном перце – отсюда и название рецепторов). Аникеева использовала вирусный ген, чтобы индуцировать чувствительность к теплу в нужных нейронах.
Частицы, которые без магнитного поля практически никак не взаимодействуют с живыми тканями, долгое время остаются на своем месте, что позволяет провести длительное лечение без необходимости в повторных инъекциях оксида железа.
«Магнитные наночастицы интегрируются в мозговую ткань и остаются в основном нетронутыми. Затем нужную область мозга достаточно просто стимулировать внешним магнитным полем. Нашей целью было проверить, можно ли в принципе стимулировать головной мозг беспроводным и неинвазивным устройством», — рассказывает исследовательница.
Последняя работа продемонстрировала, что такой подход действительно возможен. Успех массачусетских ученых заложил основы для создания целого поколения совершенно новых устройств для клинического применения в неврологии.
Использование магнитного поля и инъекционных наночастиц сегодня активно изучается онкологами – исследователи пытаются насыщать раковые клетки частицами, а затем убивать их магнитным полем. Аникеева признает, что их работа основана на том же принципе, но в данном случае незначительная мощность позволяет просто возбуждать клетки, не нанося им вреда. Магнитные наночастицы десятки лет использовались в качестве контрастного агента для МРТ, поэтому они признаны относительно безопасными для организма.
Команда Аникеевой разработала способы производства наночастиц строго определенного размера и формы, что дает возможность максимизировать взаимодействие с магнитным полем. Они также разработали собственные устройства для создания магнитного поля: существующие устройства для онкологии предназначены для более интенсивного нагревания, поэтому для такой тонкой задачи не годятся.
Следующий шаг к созданию практичной технологии для клинического применения – это анализ активности нейронов и поведенческие эксперименты, которые помогут лучше понять воздействие нового метода на клетки и изучить его побочные эффекты.
«Это абсолютно новый подход к глубокой стимуляции мозга. Его преимущество в том, что он простой и неинвазивный по сравнению с электрической стимуляцией, не требует имплантации электродов. Еще важнее то, что стимуляцию можно контролировать удаленно», — восхищается новыми возможностями профессор Bianxiao Cui из Стэнфордского университета, который не участвовал в последнем исследовании, но по достоинству оценил достижение коллег.