Аномальные уровни гормонов стресса, таких как адреналин и кортизол связана с различными психическими расстройствами, включая депрессии и посттравматического стрессового расстройства (ПТСР). Исследователи из MIT уже разработала способ удаленно контролировать выброс этих гормонов из надпочечников, с помощью магнитных наночастиц.
Этот подход может помочь ученым узнать больше о том, как высвобождение гормонов влияет на психическое здоровье, и в конечном счете может предложить новый способ лечения гормон-связанных заболеваний, говорят исследователи.
«Мы смотрим, как мы можем изучать и в конечном счете лечения стрессовых расстройств путем модуляции периферическая функции органов, а не делать что-то очень опасно в центральной нервной системе», — говорит Полина Аникеева, в Массачусетском технологическом институте профессор материаловедения и инженерии и мозга и когнитивных наук.
Для достижения контроля над гормональной секреции, Декель Розенфельд, МИТ-Технион постдока в группе Аникеева, была разработана специализированная магнитных наночастиц, которые могут быть введены в надпочечниках. При воздействии слабым магнитным полем, частицы нагреваются незначительно, активируя тепло-отзывчивый каналы, которые вызывают высвобождение гормона. Этот метод может быть использован, чтобы стимулировать орган, находящийся глубоко в организме с минимальной степенью инвазивности.
Аникеева и Алик женских, доцент кафедры психиатрии в Университете Миннесоты и бывший научный сотрудник Института Picower MIT ПО для обучения и памяти старших авторов исследования. Розенфельд является ведущий автор бумаги, которая появляется сегодня в науке прогрессом.
Контроль гормонов
Лаборатория Аникеева была ранее разработал несколько новых магнитных наноматериалов, в том числе частиц, которые могут выделять препараты в точные моменты времени в определенных местах в организме.
В новом исследовании, исследователи хотели изучить идею лечении заболеваний мозга, манипулируя органами, которые находятся за пределами центральной нервной системы, но повлиять на это с помощью гормона роста. Одним из хорошо известных примеров является гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (HPA) оси, который регулирует стрессовые реакции у млекопитающих. Гормоны, секретируемые надпочечниками, включая кортизол и адреналин, играют важную роль в депрессии, стрессы и тревоги.
«Некоторые нарушения, которые мы считаем неврологические могут быть излечимы с периферии, если мы научимся регулировать эти местные цепей, а не возвращаясь к мировой цепи в центральной нервной системе», — говорит Аникеева, который является членом научно-исследовательской лаборатории электроники и Макговерн Института исследования мозга.
В качестве мишени для стимуляции высвобождения гормона, исследователи решили на ионных каналов, которые контролируют поток кальция в клетки надпочечников. Эти ионные каналы могут активироваться различными раздражителями, включая тепло. Когда потоки кальция через открытые каналы в адреналовых клеток, клетки начинают откачку гормонов. «Если мы хотим, чтобы модулировать высвобождение этих гормонов, мы должны быть способны существенно модулировать поступлению кальция в адреналовых клеток», — говорит Розенфельд.
В отличие от предыдущих исследований в группе Аникеева, в этом исследовании стимуляции magnetothermal был применен для модуляции функции клеток без искусственно вводить какие-либо гены.
Для стимулирования этих теплочувствительных каналы, которые естественно происходят в адреналовых клеток, ученые разработали проект наночастиц магнетита, типа оксида железа, который образует крошечные магнитные кристаллы около 1/5000 толщины человеческого волоса. У крыс, они обнаружили, что эти частицы могут быть введены непосредственно в надпочечниках и оставаться там в течение по крайней мере шести месяцев. Когда крысы подвергались воздействию слабого магнитного поля-около 50 МТЛ, 100 раз слабее поля, используемые для магнитно-резонансной томографии (МРТ) — частицы нагреваются примерно на 6 градусов по Цельсию, достаточно, чтобы вызвать кальциевых каналов открыть без повреждения окружающих тканей.
Тепло-чувствительный канал, который они направлены, известные как TRPV1, встречается во многих сенсорных нейронов по всему телу, в том числе болевых рецепторов. TRPV1 каналы могут быть активированы капсаицин, органическое соединение, которое дает Chili Peppers свое тепло, а также от температуры. Они встречаются у разных видов млекопитающих, и принадлежат к семейству многие другие каналы, которые также чувствительны к теплу.
Эта стимуляция вызвала гормон пик-удвоение производства кортизола и норадреналина повышение примерно на 25 процентов. Что привело к значительному увеличению частоты сердечных животных.
Лечение стресса и боли
Исследователи теперь планируют использовать этот подход для изучения высвобождения гормона влияет ПТСР и других расстройств, и они говорят, что в конце концов он может быть адаптирован для лечения таких расстройств. Этот метод предложили бы гораздо менее инвазивной альтернативой для потенциальных методов лечения, которые включают имплантации медицинского устройства, чтобы электрически стимулировать высвобождение гормонов, что не представляется возможным в такие органы, как надпочечники, которые мягко и высоко васкуляризированной, говорят исследователи.
Еще одна область, где эта стратегия может держать обещание в лечении боли, ведь тепло-чувствительных ионных каналов часто встречаются в болевые рецепторы.
«Будучи в состоянии модулировать болевых рецепторов с помощью этого метода потенциально позволит нам изучать боли, болевого синдрома, а у некоторых клинических применений в будущем, которые, надеюсь, могут предложить альтернативу лекарствам или импланты для лечения хронических болей», — говорит Аникеева. При дальнейшем расследовании существование TRPV1 в других органах, методика может быть распространена и на другие периферические органы, такие как пищеварительной системы и поджелудочной железы.
Исследование финансировалось обороны США перспективных исследований проекты Агентства ElectRx программы, Исследования Бозе Грант Национальных институтов здравоохранения инициатива головного мозга и Массачусетского технологического института-Технион стипендий.