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Nanoparticles do uso dos pesquisadores como os calefatores para manipular a actividade elétrica dos neurônios

Os Nanomaterials foram usados em uma variedade de aplicações emergentes, como em fármacos visados ou para amparar outros materiais e produtos tais como dispositivos dos sensores e da colheita e de armazenamento da energia. Uma equipe na escola de McKelvey da engenharia na universidade de Washington em St Louis está usando nanoparticles como calefatores para manipular a actividade elétrica dos neurônios no cérebro e dos cardiomyocytes no coração.

Os resultados, publicados 3 de julho de 2021, em materiais avançados, têm o potencial ser traduzido a outros tipos de pilhas e de saque excitáveis como uma ferramenta valiosa em nano-neuroengineering.

Srikanth Singamaneni, um cientista dos materiais, e Barani Raman, um coordenador biomedicável, e suas equipes colaborou para desenvolver uma tecnologia não invasora que inibisse a actividade elétrica dos neurônios usando nanoparticles (PDA) do polydopamine e a luz próximo-infravermelha. Negativamente - os nanoparticles cobrados do PDA, que ligam selectivamente aos neurônios, absorvem a luz próximo-infravermelha que cria o calor, que é transferido então aos neurônios, inibindo sua actividade elétrica.

Nós mostramos que nós podemos inibir a actividade destes neurônios e parar seu despedimento, não apenas sobre e fora, mas em uma maneira classificada. Controlando a intensidade de luz, nós podemos controlar a actividade elétrica dos neurônios. Uma vez que nós paramos a luz, nós podemos completamente trazê-los para trás outra vez sem nenhum dano.”

Srikanth Singamaneni, o Lilyan & professor de E. Lisle Hughes no departamento da engenharia mecânica & da ciência de materiais

Além do que sua capacidade eficientemente à luz de converso no calor, os nanoparticles do PDA são altamente biocompatible e biodegradáveis. Os nanoparticles degradam eventualmente, fazendo lhes uma ferramenta conveniente para o uso dentro experimentam in vitro e in vivo no futuro.

Raman, professor da engenharia biomedicável, compara o processo a adicionar o creme a uma chávena de café.

“Quando você derrama o creme no café quente, dissolve-se e transforma-se café desnatado com o processo de difusão,” ele explicou. “É similar ao processo esse os controles que os íons fluem dentro e fora dos neurônios. A difusão depende da temperatura, assim que se você tem um bom punho no calor, você controla a taxa de difusão perto dos neurônios. Isto impactaria por sua vez a actividade elétrica da pilha. Este estudo demonstra o conceito que o efeito fototérmico, luz de conversão no calor, perto da vizinhança dos neurônios etiquetados nanoparticles pode ser usado como uma maneira de controlar remotamente os neurônios específicos.”

Para continuar a analogia do café, a equipe projectou uma espuma fototérmica que fosse similar a um cubo do açúcar, formando uma população densa dos nanoparticles no empacotamento firmemente esse actos mais rapidamente do que os cristais individuais que se dispersam, Raman do açúcar disse.

“Com o tão muita deles embalou em um volume pequeno, a espuma é mais rápida na luz transducing aquecer-se e para dar o controle mais eficiente somente aos neurônios que nós queremos,” disse. “Você não tem que usar a potência da alta intensidade gerar o mesmo efeito.”

Além, a equipe, que inclui o Silva de Jon, professor adjunto da engenharia biomedicável, aplicou os nanoparticles do PDA aos cardiomyocytes, ou pilhas de músculo do coração. Interessante, o processo fototérmico entusiasmado os cardiomyocytes, mostrando que o processo pode aumentar ou diminuir a excitabilidade nas pilhas segundo seu tipo.

“A excitabilidade de uma pilha ou de um tecido, se seja cardiomyocytes ou pilhas de músculo, depende até certo ponto da difusão,” Raman disse. “Quando os cardiomyocytes tiverem um grupo de regras diferente, o princípio que controla a sensibilidade à temperatura pode ser esperado ser similar.”

Agora, a equipe está olhando como os tipos diferentes de neurônios respondem ao processo da estimulação. Estarão visando os neurônios particulares selectivamente ligando os nanoparticles para fornecer um controle mais selectivo.

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.