Материаловеды Томского политехнического университета в составе научной коллаборации разработали биосовместимые наночастицы для неинвазивного стимулирования нейронов головного мозга — без операций и имплантатов.
Как рассказала пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, под действием слабых магнитных полей они увеличивают приток кальция к нейронам в три раза, что позволяет задействовать больше нервных клеток. Технология может стать основой лечения неврологических заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Ceramics International (Q1, IF: 5,6).
В современной медицине для нейромодуляции часто применяют имплантируемые металлические электроды, но они могут травмировать ткани, вызывать инфекции и отторгаться организмом. Безопасной альтернативой могут стать биосовместимые магнитоэлектрические наночастицы: они преобразуют магнитное поле в электрические импульсы и позволяют стимулировать клетки без вмешательства в организм.
Ученые Томского политеха с коллегами создали такие наночастицы размером менее 30 нм — в сотни раз меньше клеток крови. Каждая содержит суперпарамагнитное ядро из феррита марганца и бессвинцовую оболочку из титаната бария. Наночастицы получили методом микроволнового гидротермального синтеза, а их структуру регулировали за счет изменения температуры, концентрации щелочи и длительности реакции.
Благодаря особой технологии синтеза мы научились точно настраивать свойства оболочки. Это позволило усилить магнитоэлектрический эффект: способность превращать магнитное воздействие в электрический сигнал, который «понимает» нервная клетка. Особый интерес у нас вызвали частицы, синтезированные при температуре 185°C. В их оболочке появились особые участки — частично аморфные зоны и следовое содержание одной из возможных промежуточных фаз в процессе формирования перовскита. Благодаря этому нам удалось получить рекордный магнитоэлектрический отклик для наноструктур, не содержащих свинец или кобальт, которые повышают риски токсического эффекта.
Исследования показали, что наиболее перспективны наночастицы, синтезированные при температуре 185°C. Под действием слабого магнитного поля они в три раза усиливают приток ионов кальция в нейроны — а это ключевой механизм работы нервной системы, памяти и пластичности синапсов. Кроме того, такие частицы активируют на 20% больше нервных клеток по сравнению с аналогами.
Тесты подтвердили полную безопасность наших наночастиц для клеток при концентрациях до 30 мкг/мл, такого объема достаточно для эффективной терапии. Новую технологию можно легко адаптировать под конкретную клиническую задачу: от лечения боли до восстановления после инсульта. В будущем такие наночастицы могут стать основой для терапии депрессии, лечения нейродегенеративных заболеваний (болезни Паркинсона и Альцгеймера), а также восстановления нервных волокон. В скором времени мы приступим к in vivo исследованиям на животных.
В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Центра био- и медицинских технологий, ООО «Центр улучшения качества жизни с помощью технологий будущего», ТГУ, Института катализа им. Борескова СО РАН, Федерального медико-биологического агентства и Института цитологии и генетики СО РАН.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что генетики нашли связь между физическими и психическими болезнями.
