سوئیج نانوذره‌ای برای کنترل فعالیت نرون‌ها

سوئیچ نانوذره‌ای برای کنترل فعالیت نرون‌ها

پژوهشگران سوئیچ حاوی نانومواد ساختند که با استفاده از نور مادون قرمز نزدیک، فعالیت مغز و قلب را تعدیل می‌کند.

دانشمندان به تازگی از ذرات با قطر کمتر از ۵۰۰ نانومتر برای تعدیل فعالیت الکتریکی در نورون‌های مغز و سلول‌های عضلانی قلب استفاده کرده‌اند. این فناوری غیرژنتیکی که فعالیت سلول‌های تحریک‌پذیر را از طریق نور تعدیل می‌کند، یک روش حداقل تهاجمی برای کنترل فعالیت سلولی ارائه می‌دهد و ممکن است به‌عنوان ابزاری ارزشمند در علوم عصبی نانو و مهندسی نانو عمل کند.

این یافته‌ها در قالب مقاله‌ای با عنوان ـمدولاسیون برگشت‌پذیر فتوترمال فعالیت الکتریکی سلول‌های تحریک‌پذیر با استفاده از نانوذرات پلی دوپامین» در مجله Advanced Materials منتشر شده‌است. حمایت مالی این پروژه نیز از سوی دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی و موسسات ملی بهداشت (NIH) انجام شد.

محققان به سرپرستی سینگاماننی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس برای توسعه این فناوری غیرتهاجمی از نانوذرات پلی دوپامین (PDA) نور مادون قرمز نزدیک برای جلوگیری از فعالیت الکتریکی مغز استفاده کردند. نانوذرات PDA با بار منفی به‌صورت انتخابی به سطح سلول‌ها مانند سلول‌های عصبی یا سلول‌های عضلانی متصل می‌شوند و گرمای نور مادون قرمز نزدیک را جذب می‌کنند. سپس این گرما به سلول‌ها منتقل می‌شود و از فعالیت الکتریکی آنها جلوگیری می‌کند.

سینگاماننی می‌گوید: «ما نشان دادیم که می‌توانیم فعالیت این نورون‌ها را مهار کرده و آنها را نه تنها روشن و خاموش، بلکه به‌صورت درجه‌بندی شده متوقف کنیم. با کنترل شدت نور، می‌توانیم فعالیت الکتریکی نورون‌ها را کنترل کنیم. هنگامی که تابش را متوقف کردیم، می‌توانیم آنها را کاملاً بدون هیچ آسیبی به حالت قبل برگردانیم.»

مزیت استفاده از نانوذرات PDA برای تعدیل فعالیت سلولی این است که آنها بسیار زیست سازگار و زیست تخریب‌پذیر هستند که این نانوذرات را به ابزاری مناسب برای استفاده در آزمایش در محیط آزمایشگاه یا موجودات زنده تبدیل می‌کند.

سینگاماننی می‌گوید: «وقتی خامه را روی قهوه داغ می‌ریزید، طی فرآیند انتشار حل می‌شود و به قهوه خامه‌ای تبدیل می‌شود. این کار شبیه فرایندی است که ورود یون‌ها به درون و خارج سلول‌های عصبی را کنترل می‌کند. انتشار به دما بستگی دارد، بنابراین اگر کنترل خوبی روی حرارت داشته باشید، میزان انتشار نزدیک به نورون‌ها را کنترل می‌کنید. این به نوبه خود بر فعالیت الکتریکی سلول تأثیر می‌گذارد. این مطالعه این مفهوم را نشان می‌دهد که اثر نور‌گرمایی، یعنی تبدیل نور به گرما، در مجاورت نورون‌های دارای برچسب نانوذرات می‌تواند به‌عنوان راهی برای کنترل نورون‌های خاص از راه دور مورد استفاده قرار گیرد.»

نانوذرات پلی دوپامین در سطح سلول‌های عصبی، فعالیت عصبی را از طریق گرما و از نور مادون قرمز نزدیک ساطع شده، تعدیل می‌کند. سینگاماننی می‌گوید: «با وجود تعداد زیادی از آنها در حجم کم، نور سریع‌تر به گرما منتقل می‌شود و کنترل موثرتری بر سلول‌های عصبی مورد نظر ما می‌شود. نیازی نیست از تابش شدید استفاده کنید.»