Ненормальный уровень гормонов стресса, таких как адреналин и кортизол, связан с различными психическими расстройствами, включая депрессию и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). В настоящее время исследователи MIT разработали способ дистанционного управления высвобождением этих гормонов из надпочечников с помощью магнитных наночастиц.
Этот подход мог бы помочь ученым узнать больше о том, как выделение гормонов влияет на психическое здоровье, и в конечном итоге может предложить новый способ лечения гормонально-связанных расстройств, говорят исследователи.
"Мы смотрим, как мы можем изучать и, в конечном счете, лечить стрессовые расстройства путем модуляции функции периферических органов, а не делать что-то очень инвазивное в центральной нервной системе", - говорит Полина Аникеева, профессор Массачусетского технологического института материаловедения и инженерии, а также наук о мозге и когнитивных науках.
Для достижения контроля над высвобождением гормонов Декель Розенфельд, постдоктор MIT-технологии в группе Аникеева, разработал специализированные магнитные наночастицы, которые могут быть инъектированы в надпочечник. При воздействии слабого магнитного поля частицы слегка нагреваются, активируя теплочувствительные каналы, которые запускают выделение гормонов. Эта техника может быть использована для стимуляции органа в глубине тела с минимальной инвазивностью.
Старшими авторами исследования являются Аникеева и Алик Видж, доцент кафедры психиатрии Университета Миннесоты и бывший научный сотрудник Института обучения и памяти Массачусетского технологического института (MIT). Розенфельд является ведущим автором работы, которая сегодня появляется в журнале Science Advances.
Контрольные гормоны
Лаборатория Аникеевой ранее разработала несколько новых магнитных наноматериалов, в том числе частицы, которые могут выделять лекарства в определенное время в определенных местах тела.
В новом исследовании группа исследователей хотела изучить идею лечения расстройств мозга путем манипулирования органами, находящимися вне центральной нервной системы, но влияющими на нее посредством высвобождения гормонов. Одним из известных примеров является ось гипоталамус-гипофизарно-надпочечников (HPA), которая регулирует стрессовую реакцию у млекопитающих. Гормоны, выделяемые надпочечниками, в том числе кортизол и адреналин, играют важную роль в депрессии, стрессе и тревоге.
"Некоторые расстройства, которые мы считаем неврологическими, могут быть излечимы с периферии, если мы сможем научиться модулировать эти локальные цепи, а не возвращаться к глобальным цепям в центральной нервной системе", - говорит Аникеева, которая является членом научно-исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института и Института МакГоверна по исследованию мозга.
В качестве мишени для стимулирования выделения гормонов исследователи выбрали ионные каналы, которые контролируют поступление кальция в клетки надпочечников. Эти ионные каналы могут быть активированы различными стимулами, включая тепло. Когда кальций поступает по открытым каналам в надпочечные клетки, клетки начинают выкачивать гормоны. "Если мы хотим модулировать выделение этих гормонов, мы должны быть в состоянии существенно модулировать приток кальция в надпочечники", - говорит Розенфельд.
- В отличие от предыдущих исследований в группе Аникеева, в данном исследовании магнитотермическая стимуляция применялась для модуляции функции клеток без искусственного введения каких-либо генов.
Для стимуляции этих теплочувствительных каналов, которые естественным образом происходят в клетках надпочечников, исследователи разработали наночастицы из магнетита - вида оксида железа, образующего крошечные магнитные кристаллы толщиной около 1/5000 волосков человека. У крыс они обнаружили, что эти частицы могут быть введены непосредственно в надпочечники и оставаться там в течение, по крайней мере, шести месяцев. Когда крысы подвергались воздействию слабого магнитного поля - около 50 миллитесла, в 100 раз слабее, чем поля, используемые для магнитно-резонансной томографии (МРТ) - частицы, нагретые примерно на 6 градусов Цельсия, достаточно, чтобы вызвать кальциевые каналы, чтобы открыть, не повреждая окружающие ткани.
Чувствительный к теплу канал, который они нацелены, известный как TRPV1, находится во многих сенсорных нейронах по всему телу, в том числе болевые рецепторы. Каналы TRPV1 могут быть активированы капсаицином, органическим соединением, придающим перцу чили тепло, а также температурой. Они встречаются у всех видов млекопитающих и относятся к семейству многих других каналов, которые также чувствительны к теплу.
Эта стимуляция вызвала прилив гормонов - удвоение производства кортизола и повышение норадреналина примерно на 25 процентов. Это привело к измеримому увеличению сердечного ритма животных.
Лечение стресса и боли
В настоящее время исследователи планируют использовать этот подход для изучения того, как выделение гормонов влияет на ПТСР и другие расстройства, и они говорят, что в конечном итоге он может быть адаптирован для лечения таких расстройств. Этот метод мог бы предложить гораздо менее инвазивную альтернативу потенциальному лечению, которое предполагает имплантацию медицинского устройства для электрического стимулирования высвобождения гормонов, что невозможно в таких органах, как надпочечные железы, которые являются мягкими и сильно васкуляризированными, говорят исследователи.