Gli scienziati dell'Università di Buffalo hanno utilizzato nanoparticelle magnetiche per controllare a distanza i canali ionici, neuroni nella coltura cellulare e persino il movimento di un minuscolo verme.

Gli scienziati dell'Università di Buffalo hanno ricevuto 1,3 milioni di dollari dal National Institute of Mental Health (NIMH) per testare quanto minuscolo, le particelle magnetiche possono essere utilizzate per controllare a distanza i neuroni nel cervello dei topi.

Se il lavoro va a buon fine, il team di ricerca avrà dato ai neuroscienziati un potente, nuovo strumento:una tecnica non invasiva per attivare l'attività in profondità all'interno del cervello.

Questo tipo di telecomando, la neurostimolazione aiuterebbe i ricercatori a saperne di più su come i complicati circuiti neuronali del cervello controllano il comportamento, portando infine a una migliore comprensione e possibilmente al trattamento di disturbi che comportano la lesione o il malfunzionamento di specifici gruppi di neuroni. lesioni cerebrali traumatiche, Morbo di Parkinson, la distonia e la paralisi periferica rientrano tutte in questa categoria.

"La nostra prima comprensione delle regioni funzionali del cervello è venuta da pazienti che hanno mostrato cambiamenti nel loro comportamento dopo aver perso una parte del loro cervello a causa di lesioni cerebrali traumatiche o di un tumore, " disse Arnd Pralle, l'assistente professore di fisica che sta conducendo il nuovo studio UB. "La capacità di spegnere o accendere in modo reversibile le singole cellule e di osservare il comportamento dell'animale ci porta finalmente al livello del circuito neurologico vero e proprio, che è estremamente eccitante."

Il nuovo finanziamento NIMH, che proviene dal programma dell'Istituto Superiore di Sanità per Eccezionali, Ricerca non convenzionale che consente l'accelerazione della conoscenza (EUREKA), è una testimonianza della promessa del lavoro di Pralle.

Lui e i suoi colleghi sono già riusciti a utilizzare la loro tecnica di controllo remoto per aprire i canali ionici del calcio, attivare i neuroni nella coltura cellulare, e persino manipolare il comportamento di C. elegans, un minuscolo verme.

L'approccio prevede l'uso di riscaldatori, nanoparticelle magnetiche in combinazione con un'intelligente ingegneria genetica.

Ecco come funziona nel cervello:in primo luogo, gli scienziati utilizzano virus innocui per trasportare uno speciale filamento di DNA nel cervello. Il nuovo materiale genetico induce specifici, cellule mirate per costruire uno speciale canale ionico contenente un recettore che le nanoparticelle magnetiche riconosceranno.

Quando le nanoparticelle si agganciano a questi canali ionici, gli scienziati applicano un campo magnetico alternato al cervello che fa sì che la magnetizzazione delle particelle si capovolga rapidamente, generare calore. Quel calore poi stimola l'apertura dei canali ionici, depolarizzando i neuroni e provocandone l'attivazione.

Con il nuovo finanziamento NIMH, Il gruppo di ricerca di Pralle prevede di testare questo metodo sui neuroni del bulbo olfattivo, che si trova nella regione anteriore del cervello e controlla il modo in cui gli animali percepiscono gli odori.

Nello specifico, gli scienziati vedranno se possono utilizzare il riscaldamento localizzato delle nanoparticelle per attivare neuroni specifici nel bulbo olfattivo, inducendo i topi a "annusare" un odore particolare anche quando non sono presenti sostanze chimiche reali.

Mentre i neuroscienziati cercano modi migliori per sondare il cervello, Il metodo di Pralle è particolarmente interessante perché i campi magnetici sono in grado di penetrare i tessuti senza danneggiarli. Altri metodi per il controllo remoto delle cellule cerebrali sono più invasivi, compresa una tecnica all'avanguardia che prevede l'uso di una fibra ottica impiantata per stimolare i canali ionici attivati ​​dalla luce.

Il precedente lavoro di Pralle sulle nanoparticelle magnetiche è stato sostenuto dal Fondo interdisciplinare di sviluppo della ricerca UB 2020, che fornisce denaro per l'avviamento a progetti con il potenziale per ricevere maggiori, contributi esterni.

Quel finanziamento iniziale ha permesso a Pralle e ai suoi collaboratori di completare una serie di studi, compreso uno in cui hanno attaccato nanoparticelle magnetiche alle cellule vicino alla bocca di C. elegans.

Quando gli scienziati hanno usato la loro tecnica remota per riscaldare le nanoparticelle, la maggior parte dei vermi ha iniziato a strisciare all'indietro di riflesso nel tentativo di sfuggire al calore quando la temperatura ha raggiunto i 34 gradi Celsius.

L'università è pienamente conforme ai mandati delle agenzie di regolamentazione statali e federali relative all'uso umano e alla cura degli animali da ricerca.