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Les scientifiques emploient les nanoparticles magnétiques pour déclencher l'activité profondément à l'intérieur du cerveau

Les scientifiques ont employé le magnétisme pour activer les groupes minuscules de cellules dans le cerveau, induisant les mouvements corporels qui comprennent le fonctionnement, la rotation et le contrôle perdant des membres -- un accomplissement qui pourrait mener aux avances pour étudier et traiter la maladie neurologique.

Les chercheurs de technique développés est stimulation appelée de magnéto-thermique. Elle donne à des neurologistes un outil neuf puissant : un distant, d'une façon minimum voie invasive de déclencher l'activité profondément à l'intérieur du cerveau, cellules spécifiques de rotation marche-arrêt pour étudier comment ces modifications affectent la physiologie.

« Il y a beaucoup de travail étant fait maintenant pour tracer les circuits neuronaux qui comportement et émotions de contrôle, » dit le chercheur Arnd Pralle, PhD, un professeur de fil de la physique à l'université à l'université de Buffalo des arts et des sciences. « Comment l'ordinateur de notre esprit fonctionne-t-il ? La technique que nous avons développée pourrait faciliter cet effort grand. »

Comprenant comment les travaux de cerveau -- comment les différentes parties de l'organe communiquent entre eux et comportement de contrôle -- est principal aux traitements se développer pour les maladies qui comportent les blessures ou la panne des ensembles spécifiques de neurones. Les lésions cérébrales traumatiques, la maladie de Parkinson, la dystonie et la paralysie périphérique toutes entrent dans cette catégorie.

Les avances rapportées par l'équipe de Pralle ont pu également aider des scientifiques recherchant à traiter des mal tels que la dépression et l'épilepsie directement par la stimulation de cerveau.

L'étude, qui a été faite sur des souris, était le 15 août publié dans l'eLife, un ouvert-accès, tourillon d'inspection professionnelle. L'équipe de Pralle a inclus le premier les auteurs Rahul Munshi, un candidat d'UB PhD dans la physique, et le Shahnaz Qadri, PhD, un chercheur post-doctoral d'UB, avec les chercheurs d'UB, l'université de Philipps de Marbourg en Allemagne et l'Universidad De Saint-Jacques-de-Compostelle en Espagne.

la stimulation de Magnéto-thermique concerne employer les nanoparticles magnétiques pour stimuler des neurones équipés des canaux ioniques thermo-sensibles. Les cellules du cerveau allument quand les nanoparticles sont passionnés par un champ magnétique externe, entraînant les glissières s'ouvrir.

Désignation d'objectifs des régions du cerveau hautement spécifiques

Chez les souris, l'équipe de Pralle a réussi à activer trois régions distinctes du cerveau pour induire des fonctionnements de moteur spécifiques.

Les cellules stimulantes dans le cortex moteur ont fait fonctionner les animaux, alors que les cellules stimulantes dans le striatum faisaient tourner les animaux autour. Quand les scientifiques ont activé une région plus profonde du cerveau, les souris ont gelé, impossible de déménager leurs membres.

« Suivre notre méthode, nous pouvons viser très un petit groupe de cellules, un endroit environ 100 micromètres à travers, qui est au sujet que de la largeur des cheveux, » Pralle dit.

Comment la stimulation de magnéto-thermique fonctionne

la stimulation de Magnéto-thermique permet à des chercheurs d'employer les nanoparticles passionnés et magnétiques pour activer différents neurones à l'intérieur du cerveau.

Voici comment cela fonctionne : D'abord, les scientifiques emploient le génie génétique pour introduire un brin d'ADN spécial dans les neurones visés, faisant produire ces cellules un canal ionique chaleur-activé. Puis, les chercheurs injectent les nanoparticles magnétiques particulièrement ouvrés dans la même région du cerveau. Ces nanoparticles enclenchent sur la surface des neurones visés, formant un revêtement mince comme la peau d'un oignon.

Quand un champ magnétique alternatif est appliqué au cerveau, il fait renverser la magnétisation des nanoparticles rapidement, produisant de la chaleur qui réchauffe les cellules visées. Ceci force les canaux ioniques thermo-sensibles pour s'ouvrir, stimulant les neurones allumer.

Les particules que les chercheurs utilisés dans l'étude neuve d'eLife se sont composés d'un faisceau de cobalt-ferrite ont entouré par une shell de manganèse-ferrite.

Une avance au-dessus d'autres méthodes, comme l'optogenetics

Pralle avait fonctionné pour avancer la stimulation de magnéto-thermique pendant environ une décennie. Il a précédemment expliqué l'installation de la technique dans des neurones de commande dans une boîte de Pétri, et puis en réglant le comportement des elegans de C., un nématode minuscule.

Pralle dit que stimulation de magnéto-thermique a quelques avantages au-dessus d'autres méthodes de stimulation de profond-cerveau.

Une des techniques les plus connues, optogenetics, utilisations s'allument au lieu du magnétisme et chauffent pour activer des cellules. Mais l'optogenetics exige type l'implantation des câbles fibre optiques minuscules dans le cerveau, alors que la stimulation de magnéto-thermique est faite à distance, qui est moins invasive, Pralle dit. Il ajoute que même après que les cerveaux des souris ont été stimulés plusieurs fois, les neurones visés n'ont montré aucun signe des dégâts.

La prochaine opération dans la recherche est d'employer la stimulation de magnéto-thermique pour activer -- et silence -- régions multiples du cerveau en même temps chez les souris. Pralle travaille sur ce projet avec le chercheur Polina Anikeeva, PhD, et Faculté de Médecine de Massachusetts Institute of Technology de Harvard. L'équipe a $3,5 millions dans le financement des instituts de la santé nationaux pour entreprendre des études continues.