Des niveaux anormaux d'hormones de stress telles que l'adrénaline et le cortisol sont liés à une variété de troubles de santé mentale, y compris la dépression et le trouble de stress post-traumatique (TSPT). Les chercheurs du MIT ont maintenant mis au point un moyen de contrôler à distance la libération de ces hormones par la glande surrénale, utilisant des nanoparticules magnétiques.

Cette approche pourrait aider les scientifiques à en savoir plus sur la façon dont la libération d'hormones influence la santé mentale, et pourrait à terme offrir une nouvelle façon de traiter les troubles liés aux hormones, disent les chercheurs.

"Nous cherchons comment étudier et éventuellement traiter les troubles du stress en modulant la fonction des organes périphériques, plutôt que de faire quelque chose de très invasif dans le système nerveux central, " dit Polina Anikeeva, professeur au MIT en science et ingénierie des matériaux et en sciences du cerveau et cognitives.

Pour contrôler la libération d'hormones, Dekel Rosenfeld, un post-doctorant MIT-Technion dans le groupe d'Anikeeva, a développé des nanoparticules magnétiques spécialisées qui peuvent être injectées dans la glande surrénale. Lorsqu'il est exposé à un champ magnétique faible, les particules chauffent légèrement, activer les canaux sensibles à la chaleur qui déclenchent la libération d'hormones. Cette technique peut être utilisée pour stimuler un organe en profondeur dans le corps avec une invasion minimale.

Anikeeva et Alik Widge, professeur adjoint de psychiatrie à l'Université du Minnesota et ancien chercheur au Picower Institute for Learning and Memory du MIT, sont les auteurs principaux de l'étude. Rosenfeld est l'auteur principal de l'article, qui apparaît aujourd'hui dans Avancées scientifiques .

Contrôler les hormones

Le laboratoire d'Anikeeva a déjà conçu plusieurs nouveaux nanomatériaux magnétiques, y compris des particules qui peuvent libérer des médicaments à des moments précis dans des endroits spécifiques du corps.

Dans la nouvelle étude, l'équipe de recherche voulait explorer l'idée de traiter les troubles du cerveau en manipulant des organes qui se trouvent en dehors du système nerveux central mais l'influencent par la libération d'hormones. Un exemple bien connu est l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA), qui régule la réponse au stress chez les mammifères. Hormones sécrétées par la glande surrénale, dont cortisol et adrénaline, jouer un rôle important dans la dépression, stress, et l'anxiété.

"Certains troubles que nous considérons neurologiques peuvent être traités de la périphérie, si nous pouvons apprendre à moduler ces circuits locaux plutôt que de revenir aux circuits globaux du système nerveux central, " dit Anikeeva, qui est membre du Laboratoire de recherche en électronique du MIT et de l'Institut McGovern pour la recherche sur le cerveau.

En tant que cible pour stimuler la libération d'hormones, les chercheurs ont choisi des canaux ioniques qui contrôlent le flux de calcium dans les cellules surrénales. Ces canaux ioniques peuvent être activés par une variété de stimuli, y compris la chaleur. Lorsque le calcium circule à travers les canaux ouverts dans les cellules surrénales, les cellules commencent à pomper des hormones. « Si nous voulons moduler la libération de ces hormones, nous devons être capables de moduler essentiellement l'afflux de calcium dans les cellules surrénales, " dit Rosenfeld.

Contrairement aux recherches précédentes dans le groupe d'Anikeeva, dans cette étude, la stimulation magnétothermique a été appliquée pour moduler la fonction des cellules sans introduire artificiellement de gènes.

Pour stimuler ces canaux thermosensibles, qui se produisent naturellement dans les cellules surrénales, les chercheurs ont conçu des nanoparticules de magnétite, un type d'oxyde de fer qui forme de minuscules cristaux magnétiques d'environ 1/5000 de l'épaisseur d'un cheveu humain. Chez le rat, ils ont découvert que ces particules pouvaient être injectées directement dans les glandes surrénales et y rester pendant au moins six mois. Lorsque les rats ont été exposés à un champ magnétique faible - environ 50 millitesla, 100 fois plus faible que les champs utilisés pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) - les particules se sont chauffées d'environ 6 degrés Celsius, suffisamment pour déclencher l'ouverture des canaux calciques sans endommager les tissus environnants.

Le canal thermosensible qu'ils ciblaient, connu sous le nom de TRPV1, se trouve dans de nombreux neurones sensoriels dans tout le corps, y compris les récepteurs de la douleur. Les canaux TRPV1 peuvent être activés par la capsaïcine, le composé organique qui donne au piment sa chaleur, ainsi que par la température. On les trouve dans toutes les espèces de mammifères, et appartiennent à une famille de nombreux autres canaux également sensibles à la chaleur.

Cette stimulation a déclenché une poussée hormonale, doublant la production de cortisol et augmentant la noradrénaline d'environ 25 %. Cela a conduit à une augmentation mesurable du rythme cardiaque des animaux.

Traiter le stress et la douleur

Les chercheurs prévoient maintenant d'utiliser cette approche pour étudier comment la libération d'hormones affecte le SSPT et d'autres troubles, et ils disent qu'à terme, il pourrait être adapté pour traiter de tels troubles. Cette méthode offrirait une alternative beaucoup moins invasive aux traitements potentiels qui impliquent l'implantation d'un dispositif médical pour stimuler électriquement la libération d'hormones, ce qui n'est pas faisable dans des organes tels que les glandes surrénales qui sont molles et très vascularisées, disent les chercheurs.

Un autre domaine où cette stratégie pourrait être prometteuse est le traitement de la douleur, car les canaux ioniques sensibles à la chaleur se trouvent souvent dans les récepteurs de la douleur.

"Être capable de moduler les récepteurs de la douleur avec cette technique nous permettra potentiellement d'étudier la douleur, contrôler la douleur, et avoir des applications cliniques dans le futur, qui, espérons-le, peut offrir une alternative aux médicaments ou aux implants pour la douleur chronique, " Dit Anikeeva. Avec une enquête plus approfondie sur l'existence de TRPV1 dans d'autres organes, la technique peut potentiellement être étendue à d'autres organes périphériques tels que le système digestif et le pancréas.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.