За допомогою магнітних наночастинок і змінного магнітного поля вчені активували термочутливі канали в надниркових щурях. Це призвело до збудження нервових клітин, викиду в кров кортикостерону та адреналіну і збільшення серцевого ритму. Аналогічні системи дозволять контролювати виділення різних гормонів. Стаття опублікована в журналі.
Гіпоталамо-гіпофізарно-надникова вісь - основна нейроендокринна система, яка регулює стресові реакції організму. Розлади цієї системи призводять до того, що баланс гормонів надниркових людей порушується, а це може бути пов'язано з такими захворюваннями, як посттравматичний стресовий розлад і депресія. У таких ситуаціях необхідний механізм локального контролю викиду гормонів наднирковими.
Секрецію гормонів у наднирках регулює нервова система за допомогою електричних імпульсів. Для впливу на цей процес у нас є кілька інструментів - можна впроваджувати електроди безпосередньо в орган (інвазивна і небезпечна процедура), а можна використовувати електромагнітну, акустичну або оптичну стимуляцію. Сигнал можна адресно передавати за допомогою магнітних наночастинок, які виділяють тепло при впливі змінного магнітного поля. Таке поле проникає глибоко в тканині організму і не шкодить йому. Посередником між магнітними частинками і нервовими клітинами може виступати термочутливий канал TRPV1, який при підвищенні температури пропускає катіони (в основному, іони кальцію) всередину клітини і запускає електричний імпульс.
Вчені з США і Швейцарії під керівництвом Поліни Анікеєвої з Массачусетського технологічного інституту активували термочутливі канали в надниркових щурів за допомогою магнітних наночастинок. Для початку вони пофарбували TRPV1 рецептори надниркових човнів за допомогою антитіл. Цей канал вдалося виявити в 35 відсотках клітин мозкового і 20 відсотках - коркової речовини надниркових.
Потім у культуру клітин надниркових клітин додавали агоністи (капсаїцин) або антагоністи (капсазепін) TRPV1 рецепторів. У першому випадку іони кальцію хлинули клітку - світіння флуоресцентного барвника збільшилося на 60 відсотків, тоді як капсазепін послабив цей ефект. Так вчені переконалися, що включення теплових рецепторів призводить до активації клітин надниркових клітин.
На наступному етапі вчені включали TRPV1 за допомогою магнітних наночастинок з магнетиту (Fe3O4). Ці структури виділяють тепло при впливі високочастотного змінного магнітного поля, а коли їх покривають захисним шаром з полімерів, частинки стають біосумісними, і клітини не поглинають їх. В якості контролю використовували аналогічні частинки з вюститу, які не намагаються і тому не нагріваються в магнітному полі.
Коли на клітинну культуру впливали змінним магнітним полем (напруженістю 15 кілоампер на метр і частотою 515 кілогерц), у 50 відсотках клітин концентрація іонів кальцію різко підвищилася.
Нарешті, наночастинки ввели безпосередньо в надниркові щурі і через тиждень після операції поміщали тварин в апарат, який генерував змінне магнітне поле. Ефективність процедури визначали за кількома параметрами: експресії гена c-fos, який є маркером збудження електрично активних клітин; концентрації гормонів надниркових адреналіну та кортикостерону в крові; частоті серцевих скорочень.
Наночастинки залишалися в наднирках протягом усіх 6 місяців спостереження і не порушували структуру органів. Після впливу магнітним полем у клітинах надниркових клітин з наночастинками c-fos експресувався активніше, ніж у контролі (p < 0,01). Відразу після процедури в крові тварин концентрація кортикостерону збільшувалася на 80 відсотків, а адреналіну - на 21 відсоток; пульс щурів також підвищився.
Магнітні наночастинки використовують і іншим чином. Наприклад, якщо покрити ними вірусну частинку, а потім активувати за допомогою магнітного поля, то такі конструкції можуть проникати в клітини (неактивні частинки не здатні до цього). Вчені поміщали всередину вірусу ДНК системи CRISPR-Cas9, вколювали щурам, а потім спрямовано діяли магнітним полем на печінку або пухлину - таким чином вийшло адресно доставити систему.