作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 培养的神经细胞的扫描电子显微镜图像显示了该团队新开发的沿细胞表面排列的纳米盘(有色区域)，在那里它们可以施加足够的力来触发反应
学分:麻省理工学院 除了对电和化学刺激做出反应，身体的许多神经细胞也能对机械效应做出反应，如压力或振动
但是这些反应对研究人员来说更难研究，因为没有容易控制的方法来诱导这种对细胞的机械刺激
现在，麻省理工学院和其他地方的研究人员已经找到了一种新的方法
这一发现可能为新型治疗方法提供了一步，类似于用于治疗帕金森氏病和其他疾病的基于电的神经刺激
与那些需要外部电线连接的系统不同，新系统在最初注入粒子后将完全不接触，并且可以通过外部施加的磁场随意重新激活
这项发现发表在《美国化学学会纳米》杂志上，由麻省理工学院前博士后丹尼尔·格雷古瑞克和亚历山大·森科博士撰写
D
19岁，副教授波琳娜·安尼基瓦，以及麻省理工学院、波士顿布里格姆妇女医院和西班牙的其他九人
这种新方法为刺激人体内的神经细胞开辟了一条新的途径，迄今为止，人体内的神经细胞几乎完全依赖于化学途径(通过使用药物)或电途径(需要侵入性导线将电压输送到体内)
研究人员说，这种机械刺激激活了神经元内部完全不同的信号通路，可以提供一个重要的研究领域
“关于神经系统的一个有趣的事情是，神经元实际上可以检测力，”森科说
“这就是你的触觉、听觉和平衡感的工作原理
“研究小组的目标是背根神经节结构中的一组特殊神经元，背根神经节是中枢神经系统和周围神经系统之间的界面，因为这些细胞对机械力特别敏感
森科说，这项技术的应用可能类似于生物电子医学领域正在开发的应用，但这些应用需要比被刺激的神经元更大、更硬的电极，这限制了它们的精度，有时还会损害细胞
这一新过程的关键是开发具有异常磁性的微小圆盘，当受到某种变化的磁场时，这种磁性会导致它们开始颤动
虽然粒子本身只有100纳米左右，大约是它们试图刺激的神经元大小的百分之一，但它们可以大量制造和注射，因此它们的集体效应足以激活细胞的压力受体
“我们制造了纳米粒子，它实际上产生了细胞可以检测和响应的力，”森科说
阿尼基瓦说，传统的磁性纳米粒子需要不切实际的大磁场才能被激活，所以找到只需适度的磁激活就能提供足够力量的材料是“一个非常困难的问题”
“解决方案被证明是一种新型的磁性纳米盘
这些直径数百纳米的圆盘，在没有外加磁场的情况下，包含了原子自旋的涡旋结构
这使得粒子表现得好像根本没有磁性一样，使它们在溶液中异常稳定
当这些圆盘受到几毫特斯拉的非常弱的变化磁场作用时，低频只有几赫兹，它们就转换到内部自旋都在圆盘平面上排列的状态
这使得这些纳米圆盘可以作为杠杆——随着磁场的方向上下摆动
阿尼基瓦是材料科学和工程系以及大脑和认知科学系的副教授，他说这项工作结合了几个学科，包括导致这些纳米盘发展的新化学，以及电磁效应和神经刺激生物学方面的工作
该团队首先考虑使用磁性金属合金颗粒来提供必要的力，但这些不是生物相容的材料，而且它们非常昂贵
研究人员发现了一种使用赤铁矿颗粒的方法，赤铁矿是一种良性氧化铁，可以形成所需的圆盘形状
赤铁矿随后被转化成磁铁矿，这种磁铁矿具有它们所需要的磁性，并且在人体内是良性的
这种从赤铁矿到磁铁矿的化学转变戏剧性地将一管血红色的粒子变成了黑色
“我们必须确认这些粒子确实支持了这个非常不寻常的自旋状态，这个漩涡，”格雷格雷克说
他们首先试用了新开发的纳米粒子，并使用西班牙同事提供的全息成像系统证明，这些粒子确实如预期的那样发生了反应，提供了引发神经元反应的必要力量
结果是在12月下旬得出的，“每个人都认为那是一份圣诞礼物，”阿尼基瓦回忆道，“当我们得到第一张全息图时，我们可以真正看到我们理论上预测的和化学上怀疑的东西实际上在物理上是真实的
" 她说，这项工作仍处于起步阶段
“这是第一次证明可以用这些粒子将巨大的力传递到神经元膜上来刺激它们
" 她补充道，“这开启了一个全新的可能性领域
……这意味着在神经系统中细胞对机械力敏感的任何地方，也就是任何器官，我们现在都可以调节该器官的功能
“她说，这使科学更接近生物电子医学的目标，即不需要药物或电极就能在个体器官或身体部位提供刺激
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
