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Nat Nanotech突破 | MIT团队开发低侵入性的磁控化学遗传法,可调控小鼠抑郁和社交
  
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脑科学新闻昨天我将分享传统的神经化学调节技术,这些技术主要依赖于腹腔注射或向饮用水中添加药物。这不可避免地导致药物分布缺乏选择性和到达特定大脑区域的无法控制的时间。颅内侵入性移植注射泵可以准确,快速地注射药物,但侵入性移植具有很大的创伤,对动物行为影响很大,极大地限制了临床应用。高频交变磁场由于其低磁场强度(mT)和高交变频率(100-500 kHz),可以在没有损坏的情况下穿透有机物并且在大面积上均匀分布。它为神经化学调节提供了良好的无线控制平台。

2019年8月19日,麻省理工学院Polina Anikeeva教授(第一作者饶思远博士)在Nature Nanotechnology杂志上发表了一篇关于靶向神经回路的远程控制化学磁调制的文章,开发了一种磁控化学遗传方法来实现深部脑通过交变磁场。区域控制的局部药物释放,然后选择性神经调节。研究人员使用这种技术远程调节小鼠的抑郁和社交行为。

该团队以前的工作表明,铁氧体磁性纳米粒子可以通过高频磁场下的磁热效应刺激深部脑腹侧被盖区域的神经元活动。在这项研究中,Anikeeva团队与来自斯坦福大学,瑞士苏黎世大学和哈佛大学的几位学者合作,进一步开发该技术,并开发了一种磁控化学遗传方法,通过使用小面积磁控管颗粒发热来控制局部脑化学调节,已成功应用于调节小鼠的抑郁行为和社会行为。对于。

图1磁控管化学遗传法机理及磁性纳米粒子脂质体形态示意图

磁控管化学遗传法利用温度调节脂质囊泡将磁性纳米粒子和水溶性药物包裹在囊泡中,形成100纳米尺度的磁性脂质体(图1)。在外界施加高频交变磁场的情况下,磁性纳米粒子可以在几秒钟内升温,使脂质体的局部温度升高5-6摄氏度,不会对组织造成热损伤,并能迅速释放药物d局部;磁场停止后,脂质体能恢复初始通透性而无损伤。通过重复磁场强度和磁场时间,可以实现多次重复局部释药。

图2调节小鼠抑郁行为的磁控管化学遗传方法

利用病毒载体,研究人员在小鼠vta脑区使用高选择性化学基因受体蛋白,将载有特定小分子药物的磁性脂质体局部注射到同一脑区。在具有抑郁行为的强迫游泳实验中,通过施加几十秒的磁场刺激小鼠的自救动机(图2)。在此基础上,与mit-mcgovern脑研究所(mit)的同事合作,在小鼠特定脑区(nac)内基因表达蛋白激动剂的磁控释放得到了加强。小鼠的社会行为,将为自闭症等研究提供一个良好的远程无线药物分子调控平台(图3)。

图3磁控管化学遗传学调节小鼠的社会行为

Rao博士认为,磁场控制化学控制技术将成为一种平台技术。可以广泛选择药物载体,并且磁性纳米颗粒的热效应对高频磁场的频率和强度具有高度选择性。在不久的将来,该团队将能够将技术扩展到大面积,多脑区域和双向调节,这将进一步帮助研究大脑回路。该技术具有低侵入性和无线遥控的优点,将极大地促进动物主要神经调节行为的研究。链接到原始文本:

参考文献:

1. Chen,R.Romero,G.Christiansen,M.G.Mohr,A。& Anikeeva,P。无线磁热深部脑刺激。 Science 347,1477-1480(2015)。

本文转载自BioArt(公开号)

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常规的神经化学调节技术主要依赖于腹膜内注射或向饮用水中添加药物。这不可避免地导致药物的非选择性分布和到达特定脑区的无法控制的时间。个体颅内侵入性移植注射器可准确,快速地注射药物,但侵入性移植具有较大的创伤,对动物行为影响很大,这也极大地限制了临床应用。由于小的磁场强度(mT)和高交变频率(100-500 kHz),高频交变磁场可以深入穿透生物体而不会损坏并均匀分布大面积区域,从而提供非常好的神经化学调节。良好的无线控制平台。

2019年8月19日,麻省理工学院的Polina Anikeeva教授(第一作者饶思远博士)发表了一篇关于自然纳米技术中靶向神经回路的遥控化学磁调制的论文,并开发了磁化学遗传方法。交变磁场在深部脑区域实现受控的局部药物释放,其进而选择性地神经调节。利用这种技术,研究人员可以远程调节类似老鼠的抑郁行为和社会行为。

该团队的初步工作证明[1],在高频磁场下,铁氧体磁性纳米粒子可以通过磁热效应刺激深部脑区(腹侧被盖区)的神经元活动。在这项研究中,Anikeeva团队和斯坦福大学,瑞士苏黎世大学和哈佛大学合作进一步开发该技术并开发了这种磁控化学遗传方法,以使用小面积磁控管颗粒控制局部大脑区域的化学调节。并成功应用于调节鼠样抑郁行为和社会行为。

图1磁控管化学遗传方法机理及磁性纳米粒子脂质体形态示意图

磁控管化学遗传方法利用温度调节脂质囊泡将磁性纳米粒子和水溶性药物包裹在囊泡中,形成100纳米级的磁性脂质体(图1)。在向外部施加高频交变磁场的情况下,磁性纳米颗粒可在几秒钟内升温,并将脂质体的局部温度提高5-6摄氏度,这不会对其造成热损伤。组织,并可以迅速药物在当地释放;在磁场停止后,脂质体能够恢复初始渗透性而不会损坏。通过重复磁场强度和磁场时间,可以实现多次重复的局部药物释放。

图2磁控管化学遗传方法调节小鼠抑郁行为

利用病毒载体,研究人员在小鼠VTA脑区使用高选择性化学遗传受体蛋白,将载有特定小分子药物的磁性脂质体局部注射到同一脑区。在具有抑郁行为的强迫游泳实验中,通过施加几十秒的磁场来刺激小鼠自我拯救的动机(图2)。在此基础上,与麻省理工学院麦戈文脑研究所(MIT)的同事合作,增强了在小鼠特异性脑区(NAc)中磁控释放内源表达蛋白激动剂的用途。老鼠的社会行为,将为自闭症等研究提供良好的远程无线控制药物分子调控平台(图3)。

图3磁控管化学遗传学调节小鼠的社会行为

Rao博士认为,磁场控制化学控制技术将成为一种平台技术。可以广泛选择药物载体,并且磁性纳米颗粒的热效应对高频磁场的频率和强度具有高度选择性。在不久的将来,该团队将能够将技术扩展到大面积,多脑区域和双向调节,这将进一步帮助研究大脑回路。该技术具有低侵入性和无线遥控的优点,将极大地促进动物主要神经调节行为的研究。链接到原始文本:

参考文献:

1. Chen,R.Romero,G.Christiansen,M.G.Mohr,A。& Anikeeva,P。无线磁热深部脑刺激。 Science 347,1477-1480(2015)。

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