p Nanomateriais têm sido usados ​​em uma variedade de aplicações emergentes, como em produtos farmacêuticos direcionados ou para reforçar outros materiais e produtos, como sensores e dispositivos de coleta e armazenamento de energia. Uma equipe da McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis está usando nanopartículas como aquecedores para manipular a atividade elétrica dos neurônios no cérebro e dos cardiomiócitos no coração. p As evidências, publicado em 3 de julho, 2021, no Materiais avançados , têm o potencial de ser traduzido para outros tipos de células excitáveis ​​e servem como uma ferramenta valiosa em nano-neuroengenharia.

p Srikanth Singamaneni, um cientista de materiais, e Barani Raman, um engenheiro biomédico, e suas equipes colaboraram para desenvolver uma tecnologia não invasiva que inibe a atividade elétrica dos neurônios usando nanopartículas de polidopamina (PDA) e luz infravermelha próxima. As nanopartículas de PDA carregadas negativamente, que se ligam seletivamente aos neurônios, absorver a luz infravermelha que cria calor, que é então transferido para os neurônios, inibindo sua atividade elétrica.

p "Mostramos que podemos inibir a atividade desses neurônios e interromper seu disparo, não apenas ligado e desligado, mas de uma maneira gradual, "disse Singamaneni, o Lilyan &E. Lisle Hughes Professor no Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais. "Ao controlar a intensidade da luz, podemos controlar a atividade elétrica dos neurônios. Assim que desligamos a luz, podemos trazê-los de volta completamente sem nenhum dano. "

p Além de sua capacidade de converter de forma eficiente a luz em calor, as nanopartículas de PDA são altamente biocompatíveis e biodegradáveis. As nanopartículas eventualmente se degradam, tornando-os uma ferramenta conveniente para uso em experimentos in vitro e in vivo no futuro.

p Raman, professor de engenharia biomédica, compara o processo a adicionar creme a uma xícara de café.

p "Quando você despeja creme no café quente, ele se dissolve e se transforma em café com creme através do processo de difusão, "ele explicou." É semelhante ao processo que controla quais íons fluem para dentro e para fora dos neurônios. A difusão depende da temperatura, então, se você tem um bom controle sobre o calor, você controla a taxa de difusão perto dos neurônios. Isso, por sua vez, impactaria a atividade elétrica da célula. Este estudo demonstra o conceito de que o efeito fototérmico, convertendo luz em calor, perto da vizinhança de neurônios marcados com nanopartículas podem ser usados ​​como uma forma de controlar neurônios específicos remotamente. "

p Para continuar a analogia do café, a equipe projetou uma espuma fototérmica semelhante a um cubo de açúcar, formando uma população densa de nanopartículas em embalagens compactas que atuam mais rapidamente do que os cristais de açúcar individuais que se dispersam, Raman disse.

p "Com tantos deles embalados em um pequeno volume, a espuma é mais rápida na transdução de luz em calor e dá um controle mais eficiente apenas para os neurônios que queremos, "ele disse." Você não precisa usar energia de alta intensidade para gerar o mesmo efeito. "

p Além disso, O time, que inclui Jon Silva, professor associado de engenharia biomédica, aplicou as nanopartículas de PDA aos cardiomiócitos, ou células do músculo cardíaco. Interessantemente, o processo fototérmico excitou os cardiomiócitos, mostrando que o processo pode aumentar ou diminuir a excitabilidade nas células dependendo de seu tipo.

p "A excitabilidade de uma célula ou tecido, sejam cardiomiócitos ou células musculares, depende em certa medida da difusão, "Raman disse." Embora os cardiomiócitos tenham um conjunto diferente de regras, pode-se esperar que o princípio que controla a sensibilidade à temperatura seja semelhante. "

p Agora, a equipe está analisando como diferentes tipos de neurônios respondem ao processo de estimulação. Eles terão como alvo neurônios específicos ligando-se seletivamente às nanopartículas para fornecer um controle mais seletivo.