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Nanoparticles del uso de los investigadores como calentadores para manipular la actividad eléctrica de neuronas

Los Nanomaterials se han utilizado en una variedad de usos emergentes, por ejemplo en los productos farmacéuticos apuntados o alentar otros materiales y productos tales como sensores y cosecha y los dispositivos de almacenamiento de la energía. Las personas en la escuela de McKelvey de la ingeniería en la universidad de Washington en St. Louis están utilizando nanoparticles como calentadores para manipular la actividad eléctrica de neuronas en el cerebro y de cardiomyocytes en el corazón.

Las conclusión, publicadas el 3 de julio de 2021, en materiales avanzados, tienen el potencial de ser traducido a otros tipos de células y de servicio excitables como herramienta valiosa en nano-neuroengineering.

Srikanth Singamaneni, científico de los materiales, y Barani Raman, ingeniero biomédico, y sus personas colaboró para desarrollar una tecnología no invasor que inhibe la actividad eléctrica de neuronas usando nanoparticles (PDA) del polydopamine y luz del infrarrojo cercano. Negativo - los nanoparticles cargados de PDA, que atan selectivamente a las neuronas, absorben la luz del infrarrojo cercano que crea el calor, que entonces se transfiere a las neuronas, inhibiendo su actividad eléctrica.

Mostramos que podemos inhibir la actividad de estas neuronas y parar su despedida, no apenas por intervalos, pero de una manera nivelada. Controlando la intensidad de luz, podemos controlar la actividad eléctrica de las neuronas. Una vez que paramos la luz, podemos traerlas totalmente detrás otra vez sin ningún daño.”

Srikanth Singamaneni, el Lilyan y profesor de E. Lisle Hughes en el departamento de la ingeniería industrial y de la ciencia material

Además de su capacidad eficientemente a la luz de convertido en calor, los nanoparticles de PDA son altamente biocompatibles y biodegradables. Los nanoparticles degradan, haciendo les una herramienta conveniente para el uso hacia adentro in vitro y in vivo experimentan eventual en el futuro.

Raman, profesor de la ingeniería biomédica, compara el proceso a agregar la crema a una copa de café.

“Cuando usted vierte la crema en el café caliente, disuelve y se convierte en café batido con el proceso de la difusión,” él explicó. “Es similar al proceso ese los mandos que los iones fluyen dentro y fuera de las neuronas. La difusión depende de temperatura, así que si usted tiene una buena maneta en el calor, usted controla el índice de difusión cerca de las neuronas. Esto a su vez afectaría la actividad eléctrica de la célula. Este estudio demuestra el concepto que el efecto fototérmico, luz que convierte en calor, cerca de la vecindad de neuronas marcadas con etiqueta los nanoparticles se puede utilizar como manera de controlar las neuronas específicas remotamente.”

Para continuar la analogía del café, las personas han diseñado una espuma fototérmica que es similar a un cubo del azúcar, formando una población densa de nanoparticles en firmemente el empaquetado ese los actos más rápidamente que los cristales individuales que se dispersan, Raman del azúcar dijo.

“Con tan muchos de ellos cargó en un pequeño volumen, la espuma es más rápida en luz transducing calentar y dar un mando más eficiente solamente a las neuronas que queremos,” él dijo. “Usted no tiene que utilizar potencia de alta intensidad de generar el mismo efecto.”

Además, las personas, que incluye el Silva de Jon, profesor adjunto de la ingeniería biomédica, aplicaron los nanoparticles de PDA a los cardiomyocytes, o las células musculares de músculo cardíaco. Interesante, el proceso fototérmico excitó los cardiomyocytes, mostrando que el proceso puede aumentar o disminuir la excitabilidad en células dependiendo de su tipo.

“La excitabilidad de una célula o de un tejido, si sea cardiomyocytes o células musculares, depende hasta cierto punto de la difusión,” Raman dijo. “Mientras que los cardiomyocytes tienen un diverso equipo de reglas, el principio que controla la sensibilidad a la temperatura se puede preveer para ser similar.”

Ahora, las personas están observando cómo diversos tipos de neuronas responden al proceso del estímulo. Apuntarán las neuronas determinadas selectivamente atando los nanoparticles para ofrecer un mando más 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.