腎上腺素和皮質(zhì)醇等壓力荷爾蒙水平異常與多種心理健康障礙有關(guān)，包括抑郁癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙 (PTSD)。麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計出一種使用磁性納米粒子遠(yuǎn)程控制腎上腺釋放這些激素的方法。

研究人員說，這種方法可以幫助科學(xué)家更多地了解激素釋放如何影響心理健康，并最終可能提供一種治療激素相關(guān)疾病的新方法。

“我們正在研究如何通過調(diào)節(jié)外周器官功能來研究并最終治療壓力障礙，而不是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中做一些高度侵入性的事情，”麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程以及大腦和認(rèn)知學(xué)教授 Polina Anikeeva 說?？茖W(xué)。

為了控制激素釋放，Anikeeva 小組的麻省理工學(xué)院博士后 Dekel Rosenfeld 開發(fā)了可以注射到腎上腺中的特殊磁性納米粒子。當(dāng)暴露在弱磁場中時，這些粒子會略微升溫，從而激活觸發(fā)激素釋放的熱響應(yīng)通道。這種技術(shù)可用于以最小的侵入性刺激身體深處的器官。

Anikeeva 和明尼蘇達(dá)大學(xué)精神病學(xué)助理教授、麻省理工學(xué)院皮考爾學(xué)習(xí)與記憶研究所前研究員 Alik Widge 是該研究的資深作者。Rosenfeld 是該論文的主要作者，該論文今天發(fā)表在Science Advances 上。

控制荷爾蒙

Anikeeva 的實驗室此前設(shè)計了幾種新型磁性納米材料，包括可以在身體特定位置精確時間釋放藥物的顆粒。

在這項新研究中，研究小組想探索通過操縱中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外的器官但通過激素釋放影響它來治療大腦疾病的想法。一個眾所周知的例子是下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA) 軸，它調(diào)節(jié)哺乳動物的應(yīng)激反應(yīng)。腎上腺分泌的激素，包括皮質(zhì)醇和腎上腺素，在抑郁、壓力和焦慮中起著重要作用。

麻省理工學(xué)院研究實驗室成員 Anikeeva 說：“如果我們能夠?qū)W會調(diào)節(jié)這些局部回路，而不是回到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的全局回路，我們認(rèn)為某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病可能可以從外圍治療。”電子和麥戈文腦研究所。

作為刺激激素釋放的目標(biāo)，研究人員決定使用控制鈣流入腎上腺細(xì)胞的離子通道。這些離子通道可以被各種刺激激活，包括熱。當(dāng)鈣通過開放通道流入腎上腺細(xì)胞時，這些細(xì)胞開始分泌激素。“如果我們想調(diào)節(jié)這些激素的釋放，我們需要能夠從根本上調(diào)節(jié)鈣流入腎上腺細(xì)胞，”羅森菲爾德說。

與 Anikeeva 小組之前的研究不同，在這項研究中，磁熱刺激用于調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能，而無需人工引入任何基因。

為了刺激腎上腺細(xì)胞中自然存在的這些熱敏通道，研究人員設(shè)計了由磁鐵礦制成的納米顆粒，磁鐵礦是一種氧化鐵，可形成大約為人類頭發(fā)厚度 1/5000 的微小磁性晶體。在大鼠中，他們發(fā)現(xiàn)這些顆粒可以直接注射到腎上腺中，并在那里保留至少六個月。當(dāng)大鼠暴露在弱磁場中時——大約 50 毫特斯拉，比用于磁共振成像 (MRI) 的磁場弱 100 倍——粒子加熱約 6 攝氏度，足以觸發(fā)鈣通道打開而不會損壞任何周圍組織。

他們瞄準(zhǔn)的熱敏通道稱為 TRPV1，存在于全身的許多感覺神經(jīng)元中，包括疼痛受體。TRPV1 通道可以被辣椒素激活，辣椒素是一種為辣椒提供熱量的有機(jī)化合物，也可以通過溫度激活。它們存在于哺乳動物物種中，屬于許多對熱敏感的其他通道家族。

這種刺激引發(fā)了激素激增——皮質(zhì)醇產(chǎn)量翻倍，去甲腎上腺素增加約 25%。這導(dǎo)致動物的心率顯著增加。

治療壓力和疼痛

研究人員現(xiàn)在計劃使用這種方法來研究激素釋放如何影響 PTSD 和其他疾病，他們說最終它可以用于治療此類疾病。研究人員說，這種方法將為涉及植入醫(yī)療設(shè)備以電刺激激素釋放的潛在治療提供一種侵入性小得多的替代方法，這在諸如腎上腺等柔軟且高度血管化的器官中是不可行的。

這種策略可能有希望的另一個領(lǐng)域是疼痛的治療，因為熱敏離子通道通常存在于疼痛受體中。

Anikeeva 說：“能夠用這種技術(shù)調(diào)節(jié)疼痛感受器可能使我們能夠研究疼痛、控制疼痛，并在未來有一些臨床應(yīng)用，有望為慢性疼痛提供藥物或植入物的替代品。” 隨著對其他??器官中 TRPV1 存在的進(jìn)一步調(diào)查，該技術(shù)有可能擴(kuò)展到其他外圍器官，如消化系統(tǒng)和胰腺。

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