Los nanomateriales se han utilizado en una variedad de aplicaciones emergentes, como en productos farmacéuticos específicos o para reforzar otros materiales y productos, como sensores y dispositivos de recolección y almacenamiento de energía. Un equipo de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louisutiliza nanopartículas como calentadores para manipular la actividad eléctrica de las neuronas del cerebro y de los cardiomiocitos del corazón.
Los hallazgos, publicados el 3 de julio de 2021, en Materiales avanzados , tienen el potencial de ser traducidos a otros tipos de células excitables y sirven como una valiosa herramienta en nano-neuroingeniería.
Srikanth Singamaneni, científico de materiales, y Barani Raman, ingeniero biomédico, y sus equipos colaboraron para desarrollar una tecnología no invasiva que inhibe la actividad eléctrica de las neuronas utilizando nanopartículas de polidopamina PDA y luz infrarroja cercana. Las nanopartículas de PDA cargadas negativamente, que se unen selectivamente a las neuronas, absorben la luz del infrarrojo cercano que crea calor, que luego se transfiere a las neuronas, inhibiendo su actividad eléctrica.
"Demostramos que podemos inhibir la actividad de estas neuronas y detener su activación, no solo de forma intermitente, sino de manera gradual", dijo Singamaneni, profesora de Lilyan & E. Lisle Hughes en el Departamento de Ingeniería Mecánica y MaterialesCiencia. "Al controlar la intensidad de la luz, podemos controlar la actividad eléctrica de las neuronas. Una vez que detuvimos la luz, podemos recuperarlas completamente sin ningún daño".
Además de su capacidad para convertir la luz en calor de manera eficiente, las nanopartículas de PDA son altamente biocompatibles y biodegradables. Las nanopartículas eventualmente se degradan, lo que las convierte en una herramienta conveniente para su uso en experimentos in vitro e in vivo en el futuro.
"Cuando viertes crema en café caliente, se disuelve y se convierte en café cremoso a través del proceso de difusión", explicó. "Es similar al proceso que controla qué iones entran y salen de las neuronas. La difusión depende de la temperatura, por lo que si manejas bien el calor, controlas la velocidad de difusión cerca de las neuronas. Esto a su vez afectaría la actividad eléctrica de la célula. Este estudio demuestra el concepto de que el efecto fototérmico, al convertir la luz en calor,cerca de las proximidades de las neuronas etiquetadas con nanopartículas se puede utilizar como una forma de controlar neuronas específicas de forma remota ".
Para continuar con la analogía del café, el equipo ha diseñado una espuma fototérmica que es similar a un terrón de azúcar, formando una población densa de nanopartículas en envases ajustados que actúan más rápidamente que los cristales de azúcar individuales que se dispersan, dijo Raman.
"Con tantos de ellos empaquetados en un volumen pequeño, la espuma es más rápida para transducir la luz en calor y brinda un control más eficiente solo a las neuronas que queremos", dijo. "No es necesario usar alta intensidadpoder para generar el mismo efecto. "
Además, el equipo, que incluye a Jon Silva, profesor asociado de ingeniería biomédica, aplicó las nanopartículas de PDA a los cardiomiocitos o células del músculo cardíaco. Curiosamente, el proceso fototérmico excitó los cardiomiocitos, lo que demuestra que el proceso puede aumentar o disminuir la excitabilidad.en celdas dependiendo de su tipo.
"La excitabilidad de una célula o tejido, ya sean cardiomiocitos o células musculares, depende en cierta medida de la difusión", dijo Raman. "Si bien los cardiomiocitos tienen un conjunto diferente de reglas, el principio que controla la sensibilidad a la temperatura puedese espera que sea similar ".
Ahora, el equipo está analizando cómo los diferentes tipos de neuronas responden al proceso de estimulación. Se dirigirán a neuronas particulares uniendo selectivamente las nanopartículas para proporcionar un control más selectivo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Beth Miller. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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