研究人员使用磁性纳米粒子实现激素释放的远程控制

肾上腺素和皮质醇等压力荷尔蒙水平异常与多种心理健康障碍有关，包括抑郁症和创伤后应激障碍 (PTSD)。麻省理工学院的研究人员现在已经设计出一种使用磁性纳米粒子远程控制肾上腺释放这些激素的方法。

研究人员说，这种方法可以帮助科学家更多地了解激素释放如何影响心理健康，并最终可能提供一种治疗激素相关疾病的新方法。

“我们正在研究如何通过调节外周器官功能来研究并最终治疗压力障碍，而不是在中枢神经系统中做一些高度侵入性的事情，”麻省理工学院材料科学与工程以及大脑和认知学教授 Polina Anikeeva 说。科学。

为了控制激素释放，Anikeeva 小组的麻省理工学院博士后 Dekel Rosenfeld 开发了可以注射到肾上腺中的特殊磁性纳米粒子。当暴露在弱磁场中时，这些粒子会略微升温，从而激活触发激素释放的热响应通道。这种技术可用于以最小的侵入性刺激身体深处的器官。

Anikeeva 和明尼苏达大学精神病学助理教授、麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所前研究员 Alik Widge 是该研究的资深作者。Rosenfeld 是该论文的主要作者，该论文今天发表在Science Advances 上。

控制荷尔蒙

Anikeeva 的实验室此前设计了几种新型磁性纳米材料，包括可以在身体特定位置精确时间释放药物的颗粒。

在这项新研究中，研究小组想探索通过操纵中枢神经系统之外的器官但通过激素释放影响它来治疗大脑疾病的想法。一个众所周知的例子是下丘脑-垂体-肾上腺 (HPA) 轴，它调节哺乳动物的应激反应。肾上腺分泌的激素，包括皮质醇和肾上腺素，在抑郁、压力和焦虑中起着重要作用。

麻省理工学院研究实验室成员 Anikeeva 说：“如果我们能够学会调节这些局部回路，而不是回到中枢神经系统的全局回路，我们认为某些神经系统疾病可能可以从外围治疗。”电子和麦戈文脑研究所。

作为刺激激素释放的目标，研究人员决定使用控制钙流入肾上腺细胞的离子通道。这些离子通道可以被各种刺激激活，包括热。当钙通过开放通道流入肾上腺细胞时，这些细胞开始分泌激素。“如果我们想调节这些激素的释放，我们需要能够从根本上调节钙流入肾上腺细胞，”罗森菲尔德说。

与 Anikeeva 小组之前的研究不同，在这项研究中，磁热刺激用于调节细胞的功能，而无需人工引入任何基因。

为了刺激肾上腺细胞中自然存在的这些热敏通道，研究人员设计了由磁铁矿制成的纳米颗粒，磁铁矿是一种氧化铁，可形成大约为人类头发厚度 1/5000 的微小磁性晶体。在大鼠中，他们发现这些颗粒可以直接注射到肾上腺中，并在那里保留至少六个月。当大鼠暴露在弱磁场中时——大约 50 毫特斯拉，比用于磁共振成像 (MRI) 的磁场弱 100 倍——粒子加热约 6 摄氏度，足以触发钙通道打开而不会损坏任何周围组织。

他们瞄准的热敏通道称为 TRPV1，存在于全身的许多感觉神经元中，包括疼痛受体。TRPV1 通道可以被辣椒素激活，辣椒素是一种为辣椒提供热量的有机化合物，也可以通过温度激活。它们存在于哺乳动物物种中，属于许多对热敏感的其他通道家族。

这种刺激引发了激素激增——皮质醇产量翻倍，去甲肾上腺素增加约 25%。这导致动物的心率显着增加。

治疗压力和疼痛

研究人员现在计划使用这种方法来研究激素释放如何影响 PTSD 和其他疾病，他们说最终它可以用于治疗此类疾病。研究人员说，这种方法将为涉及植入医疗设备以电刺激激素释放的潜在治疗提供一种侵入性小得多的替代方法，这在诸如肾上腺等柔软且高度血管化的器官中是不可行的。

这种策略可能有希望的另一个领域是疼痛的治疗，因为热敏离子通道通常存在于疼痛受体中。

Anikeeva 说：“能够用这种技术调节疼痛感受器可能使我们能够研究疼痛、控制疼痛，并在未来有一些临床应用，有望为慢性疼痛提供药物或植入物的替代品。” 随着对其他​​器官中 TRPV1 存在的进一步调查，该技术有可能扩展到其他外围器官，如消化系统和胰腺。

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