Ученые дистанционно контролируют высвобождение гормонов

Аномальные уровни гормонов стресса, таких как адреналин и кортизол, связаны с различными психическими расстройствами, включая депрессию и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Исследователи из Массачусетского технологического института в настоящее время разработали способ дистанционного контроля высвобождения этих гормонов из надпочечников с помощью магнитных наночастиц(показаны белыми квадратами).

Этот подход может помочь ученым узнать больше о том, как высвобождение гормонов влияет на психическое здоровье, и в конечном итоге может предложить новый способ лечения гормон-связанных расстройств, говорят исследователи.

«Мы смотрим, как мы можем изучать и в конечном итоге лечить стрессовые расстройства путем модуляции функции периферических органов, а не делать что-то высокоинвазивное в центральной нервной системе», – говорит Полина Аникеева, профессор материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте.

Ученые разработали специализированные магнитные наночастицы, которые можно вводить в надпочечники. При воздействии слабого магнитного поля частицы слегка нагреваются, активируя чувствительные к теплу каналы, которые запускают выделение гормонов. Эта техника может быть использована для стимуляции органа в глубине тела с минимальной инвазивностью. Исследование опубликовано 10-го апреля в журнале Science Advances .

Контроль гормонов

Лаборатория Аникеевой ранее разработала несколько новых магнитных наноматериалов, в том числе частицы, которые могут высвобождать лекарства в определенное время в определенных местах тела.

В новом исследовании исследовательская группа хотела исследовать идею лечения расстройств головного мозга путем манипулирования органами, находящимися вне центральной нервной системы, но влияющими на нее посредством высвобождения гормонов. Одним из хорошо известных примеров является ось гипоталамус-гипофиз-надпочечник, которая регулирует реакцию на стресс у млекопитающих. Гормоны, выделяемые надпочечниками, в том числе кортизол и адреналин, играют важную роль в депрессии, стрессе и тревоге.

«Некоторые расстройства, которые мы считаем неврологическими, можно лечить с периферии, если мы сможем научиться модулировать эти локальные контуры, а не возвращаться к глобальным контурам в центральной нервной системе», – говорит Аникеева.

В качестве мишени для стимулирования высвобождения гормонов исследователи выбрали ионные каналы, которые контролируют поступление кальция в клетки надпочечников. Эти ионные каналы могут быть активированы различными стимулами, включая нагрев. Когда кальций течет через открытые каналы в клетки надпочечников, клетки начинают откачивать гормоны. «Если мы хотим модулировать высвобождение этих гормонов, мы должны иметь возможность существенно модулировать приток кальция в клетки надпочечников», – говорит Розенфельд, соавтор исследования.

В отличие от предыдущих исследований группы Аникеевой, в этом исследовании магнитотермическая стимуляция применялась для модуляции функции клеток без искусственного введения каких-либо генов.

Чтобы стимулировать эти чувствительные к теплу каналы, которые естественным образом встречаются в клетках надпочечников, исследователи разработали наночастицы из магнетита, типа оксида железа, который образует крошечные магнитные кристаллы примерно на 1/5000 толщины человеческого волоса. У крыс они обнаружили, что эти частицы могут быть введены непосредственно в надпочечники и оставаться там в течение по крайней мере шести месяцев. Когда крысы подвергались воздействию слабого магнитного поля – около 50 миллилитров, что в 100 раз слабее, чем поля, используемые для магнитно-резонансной томографии (МРТ), – частицы нагревались примерно на 6 градусов Цельсия, что достаточно для запуска кальциевых каналов без повреждения каких-либо окружающих тканей.

Термочувствительный канал, на который они нацелены, известный как TRPV1, обнаружен во многих сенсорных нейронах по всему телу, включая болевые рецепторы. Каналы TRPV1 могут активироваться капсаицином. 

Эта стимуляция вызвала гормональный прилив – удвоение выработки кортизола и повышение уровня норадреналина примерно на 25 процентов. Это привело к значительному увеличению частоты сердечных сокращений у животных.

Лечение стресса и боли

В настоящее время исследователи планируют использовать этот подход для изучения того, как выброс гормонов влияет на ПТСР и другие расстройства, и говорят, что в конечном итоге он может быть адаптирован для лечения таких расстройств. Этот метод предлагает гораздо менее инвазивную альтернативу потенциальному лечению, которое включает в себя имплантацию медицинского устройства для электрической стимуляции высвобождения гормонов, что невозможно в органах, таких как надпочечники, которые мягкие и сильно васкуляризированные, говорят исследователи.

Другая область, в которой эта стратегия может быть перспективной, – это лечение боли, поскольку чувствительные к теплу ионные каналы часто обнаруживаются в болевых рецепторах.

«Возможность модулировать болевые рецепторы с помощью этой техники потенциально позволит нам изучать боль, контролировать боль и в будущем иметь некоторые клинические применения, которые, мы надеемся, могут предложить альтернативу лекарствам или имплантатам для лечения хронической боли», – говорит Аникеева. 

DOI: 10.1126/sciadv.aaz3734

Вас также может заинтересовать:

Исследование показывает, как стресс реконструирует мозг