(PhysOrg.com) -- Clusters van verwarmde, magnetische nanodeeltjes gericht op celmembranen kunnen ionenkanalen op afstand besturen, neuronen en zelfs dierlijk gedrag, volgens een paper gepubliceerd door natuurkundigen van de Universiteit van Buffalo in Nature Nanotechnology.

Het onderzoek zou een brede toepassing kunnen hebben, mogelijk resulterend in innovatieve kankerbehandelingen die op afstand geselecteerde eiwitten of cellen in specifieke weefsels manipuleren, of verbeterde diabetestherapieën die op afstand de alvleeskliercellen stimuleren om insuline af te geven.

Het werk kan ook worden toegepast op de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor sommige neurologische aandoeningen, die het gevolg zijn van onvoldoende neurostimulatie.

"Door een methode te ontwikkelen waarmee we magnetische velden kunnen gebruiken om cellen zowel in vitro als in vivo te stimuleren, dit onderzoek zal ons helpen de signaalnetwerken te ontrafelen die het gedrag van dieren sturen, " zegt Arnd Pralle, doctoraat, assistent-professor natuurkunde aan het UB College of Arts and Sciences en senior/corresponderende auteur op het papier.

De UB-onderzoekers toonden aan dat hun methode calciumionkanalen kon openen, neuronen in celcultuur activeren en zelfs de bewegingen van de kleine nematode manipuleren, C. elegant.

"We richtten ons op de nanodeeltjes in de buurt van wat de 'mond' van de wormen is, genaamd de amphid, " legt Pralle uit. "Je kunt in de video zien dat de wormen rondkruipen; zodra we het magnetische veld aanzetten, die de nanodeeltjes opwarmt tot 34 graden Celsius, de meeste wormen keren van koers. We zouden deze methode kunnen gebruiken om ze heen en weer te laten gaan. Nu moeten we uitzoeken welk ander gedrag op deze manier kan worden gecontroleerd."

De wormen keerden van koers toen hun temperatuur 34 graden Celsius bereikte, Pralle zegt, dezelfde drempel die in de natuur een vermijdingsreactie oproept. Dat is bewijs, hij zegt, dat de aanpak kan worden aangepast aan onderzoeken met hele dieren naar innovatieve nieuwe geneesmiddelen.

De methode die het UB-team ontwikkelde, omvat het verwarmen van nanodeeltjes in een celmembraan door ze bloot te stellen aan een radiofrequent magnetisch veld; de warmte resulteert dan in het stimuleren van de cel.

"We hebben een tool ontwikkeld om nanodeeltjes te verwarmen en vervolgens hun temperatuur te meten, " zegt Pralle, opmerkend dat er niet veel bekend is over warmtegeleiding in weefsel op nanoschaal.

"Onze methode is belangrijk omdat we alleen het celmembraan kunnen opwarmen. We wilden de cel niet doden, " zei hij. "Terwijl het membraan buiten de cel opwarmt, er is geen temperatuurverandering in de cel."

Met een afmeting van slechts zes nanometer, de deeltjes kunnen gemakkelijk tussen cellen diffunderen. Het magnetische veld is vergelijkbaar met wat wordt gebruikt bij magnetische resonantiebeeldvorming. En het vermogen van de methode om cellen uniform over een groot gebied te activeren, geeft aan dat het ook haalbaar zal zijn om het te gebruiken in in vivo toepassingen voor het hele lichaam, melden de wetenschappers.

In hetzelfde blad, de UB-wetenschappers rapporteren ook hun ontwikkeling van een fluorescerende sonde om te meten dat de nanodeeltjes werden verwarmd tot 34 graden Celsius.

"De fluorescentie-intensiteit geeft de verandering in temperatuur aan, " zegt Pralle, "het is een soort thermometer op nanoschaal en zou wetenschappers in staat kunnen stellen om temperatuurveranderingen op nanoschaal gemakkelijker te meten."

Pralle en zijn co-auteurs zijn actief in de moleculaire herkenning in biologische systemen en bio-informatica en de strategische sterke punten van geïntegreerde nanostructuursystemen, geïdentificeerd door het strategische planningsproces van UB 2020.