研究人员发现机械刺激神经元的方法

除了对电刺激和化学刺激作出反应之外，人体的许多神经细胞还可以对机械作用做出反应，例如压力或振动。但是，对于研究人员而言，这些反应更加困难，因为没有容易控制的方法来诱导细胞的这种机械刺激。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迈出了一步，类似于已经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无接触，并且可以通过外部施加的磁场任意激活。

这一发现在ACS Nano杂志上有所报道，该论文由前MIT博士后Danijela Gregurec，Alexander Senko博士'19，副教授Polina Anikeeva以及麻省理工学院，波士顿布莱根妇女医院和西班牙的其他9位研究人员发表。

新方法为刺激体内神经细胞开辟了一条新途径，迄今为止，该途径几乎完全依赖于化学途径，通过使用药物或依赖于需要侵入性导线将电压传递到体内的电途径。 。研究人员说，这种机械刺激可以激活神经元自身内完全不同的信号传导途径，可以提供重要的研究领域。

森科说：“关于神经系统的一件有趣的事是神经元实际上可以检测到力。”“这就是您的触觉，以及听觉和平衡感的工作方式。”该小组针对称为背根神经节的结构中的特定神经元群，该神经元在中枢神经系统和周围神经系统之间形成界面，因为这些细胞对机械力特别敏感。

森科说，该技术的应用可能与生物电子医学领域中正在开发的应用类似，但是这些技术通常需要比被刺激的神经元更大，更坚硬的电极，从而限制了它们的精确度，有时甚至损坏了细胞。

新工艺的关键是开发具有异常磁性能的微小光盘，当受到某种变化的磁场作用时，这可能导致它们开始颤动。尽管粒子本身只有100纳米左右，大约是他们试图刺激的神经元大小的百分之一，但它们可以被制造和大量注入，因此它们的作用合在一起足以激活细胞的压力。受体。森科说：“我们制造的纳米粒子实际上会产生细胞可以检测和响应的力。”

Anikeeva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，因此，找到能够在中等磁激活的情况下提供足够力的材料是“一个非常困难的问题”。该解决方案被证明是一种新型的磁性纳米光盘。

当没有施加外部磁场时，这些直径为数百纳米的圆盘包含原子自旋的涡旋结构。这使粒子表现得好像完全没有磁性，使它们在溶液中格外稳定。当这些磁盘受到几毫特斯拉的非常弱的变化磁场(只有几赫兹的低频)时，它们会转换为内部自旋在磁盘平面上全部对齐的状态。这使这些纳米光盘可以充当杠杆-随电场的方向上下摆动。

材料科学与工程系以及脑与认知科学系的副教授Anikeeva说，这项工作结合了多个学科，包括导致这些纳米圆盘发展的新化学，电磁效应以及神经刺激生物学的工作。 。

该团队首先考虑使用可以提供必要作用力的磁性金属合金颗粒，但是这些颗粒不是生物相容性材料，而且价格过高。研究人员找到了一种使用赤铁矿(一种良性氧化铁)制成的颗粒的方法，该颗粒可以形成所需的圆盘形状。然后将赤铁矿转化成磁铁矿，该磁铁矿具有所需的磁性，并且在人体中是良性的。这种从赤铁矿到磁铁矿的化学转变将一根血红色的颗粒管变成黑色。

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