03/08/2021

Nanopartículas acionadas por luz controlam neurônios em tempo real

Redação do Diário da Saúde
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.

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.

Checagem com artigo científico:

Artigo: Reversible Photothermal Modulation of Electrical Activity of Excitable Cells using Polydopamine Nanoparticles
Autores: Hamed Gholami Derami, Prashant Gupta, Kuo-Chan Weng, Anushree Seth, Rohit Gupta, Jonathan R. Silva, Baranidharan Raman, Srikanth Singamaneni
Publicação: Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202008809
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