Кластеры нагретых суперпарамагнитных ферритовых наночастиц, ориентированных на рецепторы TRPV1 в клеточных мембранах, могут дистанционно контролировать ионные каналы, нейроны и даже поведение животных, считают физики из Университета Буффало (University at Buffalo – UB) и сообщают об этом в статье в Nature Nanotechnology.

Исследование на магнитных частицах,
проведенное профессором физики UB
Арндом Проллом (слева), может привести
к разработке методов лечения,
дистанционно управляющих
белками или клетками. (Credit: Image
courtesy of University at Buffalo)

Исследование может найти очень широкое применение, включая разработку инновационных методов лечения рака, которые позволят дистанционно управлять выбранными белками или клетками определенных тканей. Оно также может помочь в разработке методов терапии диабета, дистанционно стимулирующих высвобождение инсулина панкреатическими клетками.

Работа может быть использована и при разработке новых методов лечения некоторых неврологических расстройств, обусловленных недостаточной нейростимуляцией.

«Разработка метода, позволяющего использовать магнитные поля для стимуляции клеток как in vitro, так и in vivo поможет нам лучше понять сигнальные сети, контролирующие поведение животных», – говорит доктор философии Арнд Пролл (Arnd Pralle), доцент кафедры физики в Колледже искусств и наук (College of Arts and Sciences) UB и первый автор статьи.

Исследователи из UB продемонстрировали, что их метод может открывать кальциевые ионные каналы, активировать нейроны в клеточной культуре и даже управлять движением крошечных нематод C. elegans.

«Мы ввели наночастицы около «рта» червя, называемого амфидом», – объясняет Пролл. «На видео можно видеть, как черви ползают. При включении магнитного поля, нагревающего наночастицы до 34 градусов по Цельсию, большинство червей меняет направление движения на противоположное, а точнее начинает двигаться задом наперед. Используя этот метод, мы может заставить их ползать туда-обратно. Теперь мы должны выяснить, какое еще поведение может контролироваться таким способом».

Черви изменяли направление движения, когда температура достигала 34 градусов, говорит Пролл, то есть того же предела, который в природе вызывает естественную реакцию избегания (avoidance response). Это является доказательством того, что подход может быть адаптирован для изучения инновационных фармацевтических препаратов на животных.

Метод ученых из UB включает в себя нагревание наночастиц в клеточной мембране, подвергая их воздействию радиочастотного магнитного поля. Это тепло вызывает стимуляцию клетки.

«Мы разработали инструмент для нагревания наночастиц и для измерения их температуры», – говорит Пролл, отметив, что о теплопроводности ткани в наномасштабе вообще известно очень не много. «Наш метод важен еще и потому, что он позволяет нагревать только клеточную мембрану. Мы не хотим убивать клетку. В то время как мембрана снаружи клетки нагревается, температура внутри самой клетки не изменяется».

Имеющие размер всего 6 нанометров, частицы могут легко распространяться между клетками. Магнитное поле сопоставимо с тем, что применяется в магнитно-резонансной терапии. А возможность метода равномерно активировать клетки на большой площади означает, что он может быть использован для воздействия на весь живой организм.

В этой же статье ученые из UB сообщают о разработке флуоресцентного датчика для определения того, что наночастицы достигли температуры 34 градуса по Цельсию.

«Изменение температуры определяется по интенсивности флуоресценции», – говорит Пролл. «Это своего рода наноразмерный термометр, который позволяет ученым легко определять изменение температуры в наномасштабе».

Группа червей c.elegans с наночастицами около их сенсорных нейронов реагирует на применение магнитного поля. Посмотреть на YouTube

Аннотация к статье: Heng Huang, Savas Delikanli, Hao Zeng, Denise M. Ferkey, Arnd Pralle. Remote control of ion channels and neurons through magnetic-field heating of nanoparticles