Des scientifiques de l'Université de Buffalo ont utilisé des nanoparticules magnétiques pour contrôler à distance les canaux ioniques, neurones en culture cellulaire et même le mouvement d'un petit ver.

Des scientifiques de l'Université de Buffalo ont reçu 1,3 million de dollars de l'Institut national de la santé mentale (NIMH) pour tester à quel point, les particules magnétiques peuvent être utilisées pour contrôler à distance les neurones dans le cerveau des souris.

Si le travail est réussi, l'équipe de recherche aura donné aux neuroscientifiques un puissant, nouvel outil :une technique non invasive pour déclencher une activité profondément à l'intérieur du cerveau.

Ce genre de télécommande, la neurostimulation aiderait les chercheurs à en savoir plus sur la façon dont les circuits neuronaux complexes du cerveau contrôlent le comportement, conduisant éventuellement à une meilleure compréhension et éventuellement à un traitement des affections qui impliquent la blessure ou le dysfonctionnement d'ensembles spécifiques de neurones. Traumatismes crâniens, La maladie de Parkinson, la dystonie et la paralysie périphérique entrent toutes dans cette catégorie.

"Notre première compréhension des régions fonctionnelles du cerveau est venue de patients qui ont montré des changements dans leur comportement après avoir perdu une partie de leur cerveau à cause d'un traumatisme crânien ou d'une tumeur, " dit Arnd Pralle, le professeur adjoint de physique qui dirige la nouvelle étude UB. « La capacité d'éteindre ou d'allumer de manière réversible des cellules individuelles et d'observer le comportement de l'animal nous amène enfin au niveau du circuit neurologique réel, ce qui est extrêmement excitant."

Le nouveau financement du NIMH, qui provient du programme de l'Institut national de la santé pour l'exception, Recherche non conventionnelle permettant l'accélération des connaissances (EUREKA), témoigne de la promesse de l'œuvre de Pralle.

Lui et ses collègues ont déjà réussi à utiliser leur technique de télécommande pour ouvrir des canaux ioniques calciques, activer les neurones en culture cellulaire, et même manipuler le comportement de C. elegans, un petit ver.

L'approche implique l'utilisation de chauffage, nanoparticules magnétiques en conjonction avec un génie génétique intelligent.

Voici comment cela fonctionne dans le cerveau :les scientifiques utilisent des virus inoffensifs pour transporter un brin spécial d'ADN dans le cerveau. Le nouveau matériel génétique induit des cellules ciblées pour construire un canal ionique spécial contenant un récepteur que les nanoparticules magnétiques reconnaîtront.

Lorsque les nanoparticules s'accrochent à ces canaux ioniques, les scientifiques appliquent un champ magnétique alternatif au cerveau qui fait basculer rapidement la magnétisation des particules, produisant de la chaleur. Cette chaleur stimule alors l'ouverture des canaux ioniques, dépolarisant les neurones et provoquant leur excitation.

Avec le nouveau financement du NIMH, L'équipe de recherche de Pralle envisage de tester cette méthode sur les neurones du bulbe olfactif, qui se trouve dans la région avancée du cerveau et contrôle la façon dont les animaux perçoivent les odeurs.

Spécifiquement, les scientifiques verront s'ils peuvent utiliser le chauffage localisé des nanoparticules pour activer des neurones spécifiques dans le bulbe olfactif, faire en sorte que les souris « sentent » une odeur particulière même lorsqu'aucun produit chimique n'est présent.

Alors que les neuroscientifiques recherchent de meilleures façons de sonder le cerveau, La méthode de Pralle est particulièrement intéressante car les champs magnétiques sont capables de pénétrer les tissus sans les endommager. D'autres méthodes de contrôle à distance des cellules cérébrales sont plus invasives, y compris une technique de pointe impliquant l'utilisation d'une fibre optique implantée pour stimuler les canaux ioniques activés par la lumière.

Les travaux antérieurs de Pralle sur les nanoparticules magnétiques ont été soutenus par le Fonds de développement de la recherche interdisciplinaire UB 2020, qui fournit des fonds de démarrage à des projets susceptibles de recevoir des fonds plus importants, subventions externes.

Ce financement d'amorçage a permis à Pralle et à ses collaborateurs de réaliser un certain nombre d'études, dont un dans lequel ils ont attaché des nanoparticules magnétiques aux cellules près de la bouche de C. elegans.

Lorsque les scientifiques ont utilisé leur technique à distance pour chauffer les nanoparticules, la plupart des vers ont commencé à ramper par réflexe vers l'arrière pour tenter d'échapper à la chaleur lorsque la température a atteint 34 degrés Celsius.

L'université respecte pleinement les mandats des organismes de réglementation étatiques et fédéraux relatifs à l'utilisation et aux soins sans cruauté des animaux de recherche.