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Nanoparticelle di uso dei ricercatori come radiatori per manipolare l'attività elettrica dei neuroni

I Nanomaterials sono stati utilizzati in varie applicazioni emergenti, quali nei prodotti farmaceutici mirati a o sostenere altri materiali e prodotti quali i sensori e raccolta e dispositivi di archiviazione di energia. Un gruppo nel banco di McKelvey di assistenza tecnica all'università di Washington a St. Louis sta usando le nanoparticelle come radiatori per manipolare l'attività elettrica dei neuroni nel cervello e dei cardiomyocytes nel cuore.

I risultati, pubblicati il 3 luglio 2021, in materiali avanzati, hanno il potenziale di essere tradotto ad altri tipi di celle e di servire eccitabili come strumento apprezzato in nano-neuroengineering.

Srikanth Singamaneni, uno scienziato dei materiali e Barani Raman, un ingegnere biomedico ed i loro gruppi ha collaborato per sviluppare una tecnologia non invadente che inibisce l'attività elettrica dei neuroni facendo uso delle nanoparticelle (PDA) di polydopamine e dell'indicatore luminoso vicino all'infrarosso. Negativamente - le nanoparticelle fatte pagare di PDA, che legano selettivamente ai neuroni, assorbono l'indicatore luminoso vicino all'infrarosso che crea il calore, che poi è trasferito ai neuroni, inibente la loro attività elettrica.

Abbiamo mostrato che possiamo inibire l'attività di questi neuroni e fermare il loro infornamento, non appena avanti/stop, ma in un modo classificato. Gestendo l'intensità della luce della luce, possiamo gestire l'attività elettrica dei neuroni. Una volta che fermassimo l'indicatore luminoso, possiamo completamente riportarli ancora senza alcun danno.„

Srikanth Singamaneni, il Lilyan & il professor di E. Lisle Hughes nel dipartimento di ingegneria meccanica & di scienza dei materiali

Oltre alla loro capacità di convertire efficientemente attacchi il calore, le nanoparticelle di PDA sono altamente biocompatibili e biodegradabili. Le nanoparticelle finalmente si degradano, rendendo loro uno strumento conveniente per uso dentro in vitro e in vivo sperimenta in futuro.

Raman, professore di assistenza tecnica biomedica, confronta il trattamento ad aggiungere la crema ad una tazza di caffè.

“Quando versate la crema in caffè caldo, si dissolve e si trasforma in in caffè alla crema con il trattamento della diffusione,„ lui ha spiegato. “È simile al trattamento quel comandi che gli ioni scorrono dentro e fuori dei neuroni. La diffusione dipende dalla temperatura, in modo da se avete una buona manopola sul calore, gestite la tariffa della diffusione vicino ai neuroni. Ciò a sua volta urterebbe l'attività elettrica della cella. Questo studio dimostra il concetto che l'effetto photothermal, convertente attacca il calore, vicino alla vicinanza dei neuroni etichettati nanoparticelle può essere usato come modo gestire a distanza i neuroni specifici.„

Per continuare l'analogia del caffè, il gruppo ha progettato una schiuma photothermal che è simile ad un cubo dello zucchero, formante una popolazione densa delle nanoparticelle strettamente nell'imballaggio quel atti più rapidamente di diversi cristalli che disperdono, Raman dello zucchero ha detto.

“Con tante di loro ha imballato in un piccolo volume, la schiuma è più rapida all'indicatore luminoso transducing riscaldare e controllo più efficiente di elasticità soltanto ai neuroni che vogliamo,„ ha detto. “Non dovete usare la potenza ad alta intensità generare lo stesso effetto.„

Inoltre, il gruppo, che include il Silva di Jon, professore associato di assistenza tecnica biomedica, ha applicato le nanoparticelle di PDA ai cardiomyocytes, o le celle di muscolo del cuore. Interessante, il trattamento photothermal ha eccitato i cardiomyocytes, indicanti che il trattamento può aumentare o fare diminuire l'eccitabilità in celle secondo il loro tipo.

“L'eccitabilità di una cella o di un tessuto, se è cardiomyocytes o celle di muscolo, dipende fino ad un certo punto dalla diffusione,„ Raman ha detto. “Mentre i cardiomyocytes hanno un insieme delle norme differente, il principio che gestisce la sensibilità alla temperatura può essere preveduto per essere simile.„

Ora, il gruppo sta esaminando come i tipi differenti di neuroni rispondono al trattamento di stimolo. Mireranno ai neuroni particolari selettivamente legando le nanoparticelle per fornire il controllo più selettivo.

Source:
Journal reference:

Derami, H.G., et al. (2021) Reversible Photothermal Modulation of Electrical Activity of Excitable Cells using Polydopamine Nanoparticles. Advanced Materials. doi.org/10.1002/adma.202008809.