p Além de responder a estímulos elétricos e químicos, muitas das células neurais do corpo também podem responder a efeitos mecânicos, como pressão ou vibração. Mas essas respostas têm sido mais difíceis para os pesquisadores estudarem, porque não houve nenhum método facilmente controlável para induzir tal estimulação mecânica das células. Agora, pesquisadores do MIT e de outros lugares encontraram um novo método para fazer exatamente isso. p A descoberta pode oferecer um passo em direção a novos tipos de tratamentos terapêuticos, semelhante à neuroestimulação elétrica que tem sido usada para tratar a doença de Parkinson e outras condições. Ao contrário desses sistemas, que requerem uma conexão de fio externo, o novo sistema estaria completamente sem contato após uma injeção inicial de partículas, e pode ser reativado à vontade por meio de um campo magnético aplicado externamente.

p A descoberta é relatada no jornal ACS Nano , em um artigo da ex-pós-doutoranda do MIT Danijela Gregurec, Alexander Senko Ph.D. 19, Professora Associada Polina Anikeeva, e outros nove no MIT, no Hospital Brigham and Women's de Boston, e na Espanha.

p O novo método abre um novo caminho para a estimulação das células nervosas dentro do corpo, que até agora se baseou quase inteiramente em qualquer das vias químicas, por meio do uso de produtos farmacêuticos, ou em vias elétricas, que requerem fios invasivos para fornecer tensão ao corpo. Esta estimulação mecânica, que ativa vias de sinalização totalmente diferentes dentro dos próprios neurônios, pode fornecer uma área significativa de estudo, dizem os pesquisadores.

p "Uma coisa interessante sobre o sistema nervoso é que os neurônios podem realmente detectar forças, "Senko diz." É assim que funciona o seu sentido de toque, e também seu sentido de audição e equilíbrio. "A equipe teve como alvo um determinado grupo de neurônios dentro de uma estrutura conhecida como gânglio da raiz dorsal, que forma uma interface entre os sistemas nervosos central e periférico, porque essas células são particularmente sensíveis às forças mecânicas.

p As aplicações da técnica podem ser semelhantes às que estão sendo desenvolvidas na área de medicamentos bioeletrônicos, Senko diz, mas aqueles requerem eletrodos que são normalmente muito maiores e mais rígidos do que os neurônios sendo estimulados, limitando sua precisão e, às vezes, danificando as células.

p A chave para o novo processo foi desenvolver discos minúsculos com uma propriedade magnética incomum, o que pode fazer com que eles comecem a vibrar quando submetidos a um certo tipo de campo magnético variável. Embora as próprias partículas tenham apenas 100 ou mais nanômetros de diâmetro, cerca de um centésimo do tamanho dos neurônios que estão tentando estimular, eles podem ser feitos e injetados em grandes quantidades, de modo que coletivamente seu efeito é forte o suficiente para ativar os receptores de pressão da célula. "Fizemos nanopartículas que realmente produzem forças que as células podem detectar e responder, "Senko diz.

p Anikeeva diz que nanopartículas magnéticas convencionais teriam exigido campos magnéticos impraticáveis ​​para serem ativadas, portanto, encontrar materiais que pudessem fornecer força suficiente com apenas ativação magnética moderada era "um problema muito difícil". A solução provou ser um novo tipo de nanodisco magnético.

p Esses discos, que têm centenas de nanômetros de diâmetro, contêm uma configuração de vórtice de spins atômicos quando não há campos magnéticos externos aplicados. Isso faz com que as partículas se comportem como se não fossem magnéticas, tornando-os excepcionalmente estáveis ​​em soluções. Quando esses discos são submetidos a um campo magnético muito fraco e variável de alguns militesla, com uma baixa frequência de apenas vários hertz, eles mudam para um estado em que os spins internos estão todos alinhados no plano do disco. Isso permite que esses nanodiscs atuem como alavancas - balançando para cima e para baixo com a direção do campo.

p Anikeeva, que é professor associado nos departamentos de Ciência e Engenharia de Materiais e Ciências do Cérebro e Cognitivas, diz que este trabalho combina várias disciplinas, incluindo uma nova química que levou ao desenvolvimento desses nanodiscos, junto com efeitos eletromagnéticos e trabalho na biologia da neuroestimulação.

p A equipe considerou primeiro o uso de partículas de uma liga de metal magnética que pudesse fornecer as forças necessárias, mas estes não eram materiais biocompatíveis, e eram proibitivamente caros. Os pesquisadores descobriram uma maneira de usar partículas feitas de hematita, um óxido de ferro benigno, que pode formar os formatos de disco necessários. A hematita foi então convertida em magnetita, que tem as propriedades magnéticas de que precisam e é conhecido por ser benigno no corpo. Essa transformação química de hematita em magnetita transforma dramaticamente um tubo de partículas vermelho-sangue em negro como o azeviche.

p "Tivemos que confirmar que essas partículas realmente suportavam esse estado de spin realmente incomum, este vórtice, "Gregurec diz. Eles primeiro testaram as nanopartículas recentemente desenvolvidas e provaram, usando sistemas de imagens holográficas fornecidos por colegas na Espanha, que as partículas realmente reagiram conforme o esperado, fornecendo as forças necessárias para obter respostas dos neurônios. Os resultados chegaram no final de dezembro e "todos pensaram que era um presente de Natal, "Anikeeva lembra, "quando recebemos nossos primeiros hologramas, e pudemos realmente ver que o que teoricamente previmos e suspeitamos quimicamente era fisicamente verdadeiro. "

p O trabalho ainda está em sua infância, ela diz. "Esta é a primeira demonstração de que é possível usar essas partículas para transduzir grandes forças nas membranas dos neurônios, a fim de estimulá-los."

p Ela acrescenta "isso abre todo um campo de possibilidades. ... Isso significa que em qualquer lugar do sistema nervoso onde as células são sensíveis às forças mecânicas, e isso é essencialmente qualquer órgão, agora podemos modular a função desse órgão. "Isso traz a ciência um passo mais perto, ela diz, para o objetivo da medicina bioeletrônica que pode fornecer estimulação no nível de órgãos individuais ou partes do corpo, sem a necessidade de medicamentos ou eletrodos. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.