Livelli anormali di ormoni dello stress come adrenalina e cortisolo sono collegati a una varietà di disturbi di salute mentale, inclusi depressione e disturbo da stress post-traumatico (PTSD). I ricercatori del MIT hanno ora escogitato un modo per controllare a distanza il rilascio di questi ormoni dalla ghiandola surrenale, utilizzando nanoparticelle magnetiche.

Questo approccio potrebbe aiutare gli scienziati a saperne di più su come il rilascio di ormoni influenza la salute mentale, e potrebbe eventualmente offrire un nuovo modo per trattare i disturbi legati agli ormoni, dicono i ricercatori.

"Stiamo cercando come possiamo studiare ed eventualmente trattare i disturbi da stress modulando la funzione degli organi periferici, piuttosto che fare qualcosa di altamente invasivo nel sistema nervoso centrale, "dice Polina Anikeeva, un professore del MIT di scienza e ingegneria dei materiali e di scienze cerebrali e cognitive.

Per ottenere il controllo sul rilascio di ormoni, Dekel Rosenfeld, un postdoc del MIT-Technion nel gruppo di Anikeeva, ha sviluppato nanoparticelle magnetiche specializzate che possono essere iniettate nella ghiandola surrenale. Quando esposto a un debole campo magnetico, le particelle si riscaldano leggermente, attivando canali sensibili al calore che innescano il rilascio di ormoni. Questa tecnica può essere utilizzata per stimolare un organo in profondità nel corpo con la minima invasività.

Anikeeva e Alik Widge, un assistente professore di psichiatria presso l'Università del Minnesota ed ex ricercatore presso il Picower Institute for Learning and Memory del MIT, sono gli autori senior dello studio. Rosenfeld è l'autore principale del documento, che appare oggi in Progressi scientifici .

Controllo degli ormoni

Il laboratorio di Anikeeva ha precedentemente ideato diversi nuovi nanomateriali magnetici, comprese le particelle che possono rilasciare farmaci in momenti precisi in luoghi specifici del corpo.

Nel nuovo studio, il team di ricerca ha voluto esplorare l'idea di trattare i disturbi del cervello manipolando gli organi che sono al di fuori del sistema nervoso centrale ma lo influenzano attraverso il rilascio di ormoni. Un esempio ben noto è l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA), che regola la risposta allo stress nei mammiferi. Ormoni secreti dalla ghiandola surrenale, tra cui cortisolo e adrenalina, giocano un ruolo importante nella depressione, fatica, e ansia.

"Alcuni disturbi che consideriamo neurologici possono essere curabili dalla periferia, se possiamo imparare a modulare quei circuiti locali piuttosto che tornare ai circuiti globali nel sistema nervoso centrale, "dice Anikeeva, che è membro del Research Laboratory of Electronics del MIT e del McGovern Institute for Brain Research.

Come obiettivo per stimolare il rilascio di ormoni, i ricercatori hanno deciso sui canali ionici che controllano il flusso di calcio nelle cellule surrenali. Questi canali ionici possono essere attivati ​​da una varietà di stimoli, compreso il calore. Quando il calcio scorre attraverso i canali aperti nelle cellule surrenali, le cellule iniziano a pompare gli ormoni. "Se vogliamo modulare il rilascio di quegli ormoni, dobbiamo essere in grado di modulare essenzialmente l'afflusso di calcio nelle cellule surrenali, "dice Rosenfeld.

A differenza della precedente ricerca nel gruppo di Anikeeva, in questo studio è stata applicata la stimolazione magnetotermica per modulare la funzione delle cellule senza introdurre artificialmente alcun gene.

Per stimolare questi canali sensibili al calore, che si trovano naturalmente nelle cellule surrenali, i ricercatori hanno progettato nanoparticelle fatte di magnetite, un tipo di ossido di ferro che forma minuscoli cristalli magnetici circa 1/5000 dello spessore di un capello umano. Nei ratti, hanno scoperto che queste particelle potevano essere iniettate direttamente nelle ghiandole surrenali e rimanervi per almeno sei mesi. Quando i ratti sono stati esposti a un debole campo magnetico, circa 50 millitesla, 100 volte più deboli dei campi utilizzati per la risonanza magnetica (MRI):le particelle si sono riscaldate di circa 6 gradi Celsius, abbastanza per attivare i canali del calcio per aprirsi senza danneggiare alcun tessuto circostante.

Il canale sensibile al calore che hanno preso di mira, noto come TRPV1, si trova in molti neuroni sensoriali in tutto il corpo, compresi i recettori del dolore. I canali TRPV1 possono essere attivati ​​dalla capsaicina, il composto organico che dona calore ai peperoncini, oltre che dalla temperatura. Si trovano in tutte le specie di mammiferi, e appartengono a una famiglia di molti altri canali anch'essi sensibili al calore.

Questa stimolazione ha innescato una scarica ormonale, raddoppiando la produzione di cortisolo e aumentando la noradrenalina di circa il 25%. Ciò ha portato a un aumento misurabile della frequenza cardiaca degli animali.

Curare lo stress e il dolore

I ricercatori ora intendono utilizzare questo approccio per studiare come il rilascio di ormoni influenzi il disturbo da stress post-traumatico e altri disturbi, e dicono che alla fine potrebbe essere adattato per il trattamento di tali disturbi. Questo metodo offrirebbe un'alternativa molto meno invasiva ai potenziali trattamenti che comportano l'impianto di un dispositivo medico per stimolare elettricamente il rilascio di ormoni, che non è fattibile in organi come le ghiandole surrenali che sono morbide e altamente vascolarizzate, dicono i ricercatori.

Un'altra area in cui questa strategia potrebbe essere promettente è il trattamento del dolore, perché i canali ionici sensibili al calore si trovano spesso nei recettori del dolore.

"Essere in grado di modulare i recettori del dolore con questa tecnica ci permetterà potenzialmente di studiare il dolore, controllare il dolore, e avere alcune applicazioni cliniche in futuro, che si spera possa offrire un'alternativa ai farmaci o agli impianti per il dolore cronico, " Dice Anikeeva. Con ulteriori indagini sull'esistenza di TRPV1 in altri organi, la tecnica può essere potenzialmente estesa ad altri organi periferici come l'apparato digerente e il pancreas.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.