Los científicos de la Universidad de Buffalo han utilizado nanopartículas magnéticas para controlar de forma remota los canales iónicos, neuronas en cultivo celular e incluso el movimiento de un diminuto gusano.

Los científicos de la Universidad de Buffalo han recibido $ 1.3 millones del Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH) para probar qué tan pequeños, Las partículas magnéticas se pueden utilizar para controlar de forma remota las neuronas del cerebro de los ratones.

Si el trabajo es exitoso, el equipo de investigación habrá dado a los neurocientíficos un poderoso nueva herramienta:una técnica no invasiva para desencadenar una actividad en el interior del cerebro.

Este tipo de control remoto La neuroestimulación ayudaría a los investigadores a aprender más sobre cómo los complicados circuitos neuronales del cerebro controlan el comportamiento, conduciendo eventualmente a una mejor comprensión y posiblemente tratamiento de dolencias que involucran la lesión o mal funcionamiento de conjuntos específicos de neuronas. Lesiones cerebrales traumáticas, Enfermedad de Parkinson, La distonía y la parálisis periférica entran en esta categoría.

"Nuestro conocimiento inicial sobre las regiones funcionales del cerebro provino de pacientes que mostraron cambios en su comportamiento después de perder una parte de su cerebro debido a una lesión cerebral traumática o un tumor, "dijo Arnd Pralle, el profesor ayudante de física que dirige el nuevo estudio de la UB. "La capacidad de apagar o encender de forma reversible células individuales y observar el comportamiento del animal nos lleva finalmente al nivel del circuito neurológico real, lo cual es extremadamente emocionante ".

La nueva financiación del NIMH, que proviene del programa del Instituto Nacional de Salud para Excepcionales, Investigación no convencional que permite la aceleración del conocimiento (EUREKA), es un testimonio de la promesa del trabajo de Pralle.

Él y sus colegas ya han logrado utilizar su técnica de control remoto para abrir los canales de iones de calcio. activar neuronas en cultivo celular, e incluso manipular el comportamiento de C. elegans, un gusano diminuto.

El enfoque implica el uso de calentadores, nanopartículas magnéticas junto con una ingeniosa ingeniería genética.

Así es como funciona en el cerebro:Primero, los científicos emplean virus inofensivos para transportar una hebra especial de ADN al cerebro. El nuevo material genético induce específicos, células objetivo para construir un canal de iones especial que contiene un receptor que reconocerán las nanopartículas magnéticas.

Cuando las nanopartículas se adhieren a estos canales iónicos, Los científicos aplican un campo magnético alterno al cerebro que hace que la magnetización de las partículas se mueva rápidamente. generando calor. Ese calor estimula la apertura de los canales iónicos, despolarizando las neuronas y haciendo que se disparen.

Con la nueva financiación del NIMH, El equipo de investigación de Pralle planea probar este método en neuronas del bulbo olfatorio, que se encuentra en la región delantera del cerebro y controla cómo los animales perciben los olores.

Específicamente, los científicos verán si pueden usar el calentamiento localizado de las nanopartículas para activar neuronas específicas en el bulbo olfatorio, haciendo que los ratones "huelan" un olor particular incluso cuando no hay sustancias químicas presentes.

A medida que los neurocientíficos buscan mejores formas de sondear el cerebro, El método de Pralle es particularmente atractivo porque los campos magnéticos pueden penetrar los tejidos sin dañarlos. Otros métodos para controlar de forma remota las células cerebrales son más invasivos, que incluye una técnica de última generación que implica el uso de una fibra óptica implantada para estimular los canales iónicos activados por la luz.

El trabajo previo de Pralle sobre nanopartículas magnéticas fue apoyado por el Fondo de Desarrollo de Investigación Interdisciplinaria UB 2020, que proporciona dinero para la puesta en marcha de proyectos con el potencial de recibir más subvenciones externas.

Esa financiación inicial permitió a Pralle y sus colaboradores completar una serie de estudios, incluido uno en el que unieron nanopartículas magnéticas a las células cercanas a la boca de C. elegans.

Cuando los científicos utilizaron su técnica remota para calentar las nanopartículas, la mayoría de los gusanos comenzaron a arrastrarse hacia atrás en un intento de escapar del calor cuando la temperatura alcanzó los 34 grados centígrados.

La universidad cumple plenamente con los mandatos de las agencias reguladoras estatales y federales relacionadas con el uso humanitario y el cuidado de los animales de investigación.