Nanopartículas acionadas por luz controlam neurônios em tempo real

As nanopartículas localizadas na membrana do neurônio (figura azul, esquerda) modulam a atividade neural por meio da conversão fototérmica da luz (imagem vermelha, centro). À direita, imagem de microscopia eletrônica de varredura de neurônios no eletrodo, com ampliação.
[Imagem: WUSL/Srikanth Singamaneni]

Alternativa à optogenética

Cientistas desenvolveram uma nova tecnologia que usa nanopartículas para manipular e controlar células do cérebro e do coração.

Uma vez no local onde devem atuar, basta aquecer as nanopartículas usando luz, para que elas controlem as células.

"Nós mostramos que podemos inibir a atividade desses neurônios e interromper seu disparo, não apenas ligando e desligando, mas de maneira gradativa," contou o professor Srikanth Singamaneni, da Universidade de Washington em St. Louis (EUA). "Ao controlar a intensidade da luz, podemos controlar a atividade elétrica dos neurônios. Assim que interrompemos a luz, podemos trazê-los de volta completamente, sem nenhum dano."

E, em princípio, a inovação poderá ser usada para outros tipos de células excitáveis, o que a torna uma ferramenta incomparável para o que a equipe está chamando de neuroengenharia.

A única maneira de fazer algo assim hoje é com a optogenética, uma técnica que também usa luz, mas depende de alterações genéticas nas células a serem manipuladas, o que torna difícil que ela venha a ser usada diretamente em seres humanos - a optogenética já é largamente utilizadas nas pesquisas científicas em cobaias.

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Neurocontrole por calor

A tecnologia não-invasiva inibe a atividade elétrica dos neurônios usando nanopartículas de polidopamina (PDA) e luz infravermelha. As nanopartículas de PDA, carregadas negativamente, ligam-se seletivamente aos neurônios, então absorvem a luz infravermelha, que as faz esquentar, e esse calor é transferido por difusão para os neurônios, inibindo sua atividade elétrica.

"Quando você coloca creme no café quente, ele se dissolve e se transforma em café cremoso por meio do processo de difusão," explicou Singamaneni. "Isso é semelhante ao processo que controla quais íons fluem para dentro e para fora dos neurônios. A difusão depende da temperatura, então, se você tem um bom controle do calor, controla a taxa de difusão perto dos neurônios. Isso, por sua vez, impacta a atividade elétrica da célula."

Além de sua capacidade de converter de forma eficiente a luz em calor, as nanopartículas de PDA são biocompatíveis e biodegradáveis, o que as torna uma ferramenta útil para uso em experimentos in vitro e in vivo no futuro, já que as nanopartículas desaparecerão no organismo depois de cumprirem sua tarefa.

Agora, a equipe está analisando como diferentes tipos de neurônios respondem ao processo de estimulação térmica, para obter um controle mais seletivo em cada parte do organismo.