ЛЕНТА

Магнитные наночастицы отрегулировали работу надпочечников крыс

Крысам вживляют магнитные наночастицы в надпочечники, а через неделю после операции помещают в переменное магнитное поле, измеряя уровень гормонов в крови

Dekel Rosenfeld et al. / Science Advances, 2020

С помощью магнитных наночастиц и переменного магнитного поля ученые активировали термочувствительные каналы в надпочечниках крыс. Это привело к возбуждению нервных клеток, выбросу в кровь кортикостерона и адреналина и увеличению сердечного ритма. Аналогичные системы позволят контролировать выделение различных гормонов. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось — основная нейроэндокринная система, которая регулирует стрессовые реакции организма. Расстройства этой системы приводят к тому, что баланс гормонов надпочечников нарушается, а это может быть связано с такими заболеваниями, как посттравматическое стрессовое расстройство и депрессия. В таких ситуациях необходим механизм локального контроля выброса гормонов надпочечниками.

Секрецию гормонов в надпочечниках регулирует нервная система при помощи электрических импульсов. Для воздействия на этот процесс у нас есть несколько инструментов — можно внедрять электроды непосредственно в орган (инвазивная и опасная процедура), а можно использовать электромагнитную, акустическую или оптическую стимуляцию. Сигнал можно адресно передавать с помощью магнитных наночастиц, которые выделяют тепло при воздействии переменного магнитного поля. Такое поле проникает глубоко в ткани организма и не вредит ему. Посредником между магнитными частицами и нервными клетками может выступать термочувствительный канал TRPV1, который при повышении температуры пропускает катионы (в основном, ионы кальция) внутрь клетки и запускает электрический импульс.

Ученые из США и Швейцарии под руководством Полины Аникеевой из Массачусетского технологического института активировали термочувствительные каналы в надпочечниках крыс с помощью магнитных наночастиц. Для начала они окрасили TRPV1 рецепторы надпочечников с помощью антител. Этот канал удалось обнаружить в 35 процентах клеток мозгового и 20 процентах — коркового вещества надпочечников.

Экспрессия TRPV1 (красный) в клетках надпочечников. Синий — ядерный краситель

Dekel Rosenfeld et al. / Science Advances, 2020

Поделиться

Затем в культуру клеток надпочечников добавляли агонисты (капсаицин) или антагонисты (капсазепин) TRPV1 рецепторов. В первом случае ионы кальция хлынули клетку — свечение флуоресцентного красителя увеличилось на 60 процентов, в то время как капсазепин ослабил этот эффект. Так ученые убедились, что включение тепловых рецепторов приводит к активации клеток надпочечников.

На следующем этапе ученые включали TRPV1 при помощи магнитных наночастиц из магнетита (Fe3O4). Эти структуры выделяют тепло при воздействии высокочастотного переменного магнитного поля, а когда их покрывают защитным слоев из полимеров, частицы становятся биосовместимыми, и клетки не поглощают их. В качестве контроля использовали аналогичные частицы из вюстита, которые не намагничиваются и поэтому не нагреваются в магнитном поле.

Когда на клеточную культуру воздействовали переменным магнитным полем (напряженностью 15 килоампер на метр и частотой 515 килогерц), в 50 процентах клеток концентрация ионов кальция резко повысилась.

Под воздействием переменного магнитного поля наночастицы (MNP) нагреваются и выделяют тепло (правая картинка). В результате открываются TRPV1 каналы, кальций заходит в клетку и связывается с флуоресцентными метками (Fluo-4)

Dekel Rosenfeld et al. / Science Advances, 2020

Поделиться

Внутриклеточный кальций в культуре клеток надпочечников с магнитными наночастицами при включении переменного магнитного поля (справа) или без него (слева)

Dekel Rosenfeld et al. / Science Advances, 2020

Поделиться

Наконец, наночастицы ввели непосредственно в надпочечники крыс и через неделю после операции помещали животных в аппарат, который генерировал переменное магнитное поле. Эффективность процедуры определяли по нескольким параметрам: экспрессии гена c-fos, который является маркером возбуждения электрически активных клеток; концентрации гормонов надпочечников адреналина и кортикостерона в крови; частоте сердечных сокращений.

Крыса в установке

Dekel Rosenfeld et al. / Science Advances, 2020

Поделиться

Наночастицы оставались в надпочечниках в течение всех 6 месяцев наблюдения и не нарушали структуру органов. После воздействия магнитным полем в клетках надпочечников с наночастицами c-fos экспрессировался активнее, чем в контроле (p < 0,01). Сразу после процедуры в крови животных концентрация кортикостерона увеличивалась на 80 процентов, а адреналина — на 21 процент; пульс крыс также повысился.

Магнитные наночастицы используют и другим образом. Например, если покрыть ими вирусную частицу, а затем активировать с помощью магнитного поля, то такие конструкции могут проникать в клетки (неактивные частицы не способны к этому). Ученые помещали внутрь вируса ДНК системы CRISPR-Cas9, вкалывали крысам, а затем направленно действовали магнитным полем на печень или опухоль — таким образом получилось адресно доставить систему.

Алиса Бахарева

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.