Control remoto para neuronas.

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon acaba de publicar el artículo Remote nongenetic optical modulation of neuronal activity using fuzzy graphene (PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences, 23/05/20) en el cual se presenta una nueva tecnología tendiente a  mejorar la capacidad de los científicos para comunicarse, utilizando la luz,  con las células neurales. El grafeno es un nanomaterial (nanoplaca) abundante, barato y biocompatible.  Mediante técnicas especialmente desarrolladas lo han sintetizado en topologías tridimensionales denominadas de grafeno "difuso".    

Interfase NT-3DFG con neuronas DGR. Crédito: Tzahi Cohen-Karni y col. Universidad Carnegie Mellon

Al cultivar estos copos de grafeno bidimensionales (2-D) con nanocables de silicio, crearon una estructura tridimensional (NT-3DFG) con absorción óptica de banda ancha y una eficiencia fototérmica sin igual. Estas propiedades lo hacen ideal para la modulación electrofisiológica celular utilizando la estimulación fototérmica remota no genética con energías láser muy bajas sin generar estrés celular. El nanomaterial puede prepararse con fácilidad en suspensión, aislándose NT-3DFG individual para lograr interfaces  subcelulares con neuronas, haciendo posible el estudio de la señalización dentro y entre los sistemas de células 2-D y 3-D tales como los organoides presentes en las células humanas. La absorción de banda ancha de estos nanomateriales tridimensionales permite utilizar luz de longitudes de onda que pueden penetrar profundamente en el tejido para excitar de forma remota las células nerviosas. El método se puede utilizar en toda una gama de aplicaciones, desde el diseño de terapias no invasivas hasta estudios científicos básicos. Los hallazgos del equipo son significativos tanto para nuestra comprensión de las interacciones celulares como para el desarrollo de terapias que aprovechen el potencial de las propias células del cuerpo. Las nanoestructuras creadas con NT-3DFG pueden tener un gran impacto en el futuro de la biología y la medicina humana.

Lectura complementaria:

Remote nongenetic optical modulation of neuronal activity using fuzzy graphene

Control remoto hormonal con nanopartículas magnéticas.

Investigadores del MIT, en el artículo Transgene-free remote magnetothermal regulation of adrenal hormones, publicado en la revista Science Advances (10 Apr 2020), explican el procedimiento que han ideado para controlar de forma remota la liberación de hormonas desde la glándula suprarrenal, utilizando nanopartículas magnéticas. Los niveles anormales de hormonas, como la adrenalina y el cortisol, están relacionados con una variedad de trastornos de salud mental, incluida la depresión,  el estrés y la ansiedad.

Crédito: Polina Anikeeva y col. Science Advances (10/04/20)

La investigación puede ayudar a aprender más sobre cómo la liberación de hormonas influye en la salud mental y ofrecer una nueva forma de tratar trastornos relacionados. Para lograr el control sobre la liberación de hormonas han desarrollado nanopartículas magnéticas especializadas inyectables en la glándula suprarrenal. Cuando se expo-nen a un campo magnético débil, las partículas se calientan ligeramente, activando los canales iónicos que controlan el flujo de calcio hacia las células suprarrenales sensibles al calor, capaces de desencadenar la liberación de hormonal, logrando, de este modo, estimular un órgano profundo en el cuerpo con mínima invasividad. Las nanopartículas utilizadas son de magnetita, un tipo de óxido de hierro que forma pequeños cristales magnéticos de aproximadamente 1/5000 del grosor de un cabello humano. Con estas logran la estimulación magnetotérmica para modular la función de las células sin introducir artificialmente ningún gen. Cuando las ratas se expusieron a un campo magnético débil (aproximadamente 50 militesla, 100 veces más débil que los campos utilizados para la resonancia magnética-MRI), las partículas se calentaron aproximadamente 6 grados Celsius, lo suficiente como para que los canales de calcio se abrieran sin dañar cualquier tejido circundante.

Crédito: Polina Anikeeva y col. Science Advances (10/04/20)

La estimulación desencadenó una fiebre hormonal, duplicando la producción de cortisol y aumentando la noradrenalina en aproximadamente un 25 por ciento. Esto condujo a un aumento medible en las frecuencias cardíacas de los animales. Otra área donde esta estrategia podría ser prometedora es en el tratamiento del dolor, porque los canales iónicos sensibles al calor a menudo se encuentran en los receptores del dolor. La investigación  confirma que algunos trastornos considerados neurológicos pueden tratarse desde la periferia, si podemos aprender a modular esos circuitos locales en lugar de los circuitos globales del sistema nervioso central.

Información conplementaria:

Transgene-free remote magnetothermal regulation of adrenal hormones