Abnormale niveaus van stresshormonen zoals adrenaline en cortisol zijn gekoppeld aan een verscheidenheid aan psychische stoornissen, waaronder depressie en posttraumatische stressstoornis (PTSS). MIT-onderzoekers hebben nu een manier bedacht om de afgifte van deze hormonen uit de bijnier op afstand te regelen. met behulp van magnetische nanodeeltjes.

Deze benadering kan wetenschappers helpen meer te weten te komen over hoe hormoonafgifte de geestelijke gezondheid beïnvloedt, en zou uiteindelijk een nieuwe manier kunnen bieden om hormoongerelateerde aandoeningen te behandelen, zeggen de onderzoekers.

"We kijken hoe we stressstoornissen kunnen bestuderen en uiteindelijk kunnen behandelen door de perifere orgaanfunctie te moduleren, in plaats van iets zeer ingrijpends te doen in het centrale zenuwstelsel, " zegt Polina Anikeeva, een MIT-professor materiaalwetenschap en -techniek en hersen- en cognitieve wetenschappen.

Om controle te krijgen over de afgifte van hormonen, Dekel Rosenfeld, een MIT-Technion postdoc in de groep van Anikeeva, heeft gespecialiseerde magnetische nanodeeltjes ontwikkeld die in de bijnier kunnen worden geïnjecteerd. Bij blootstelling aan een zwak magnetisch veld, de deeltjes worden iets warmer, het activeren van op warmte reagerende kanalen die de afgifte van hormonen veroorzaken. Deze techniek kan worden gebruikt om een ​​orgaan diep in het lichaam te stimuleren met minimale invasiviteit.

Anikeeva en Alik Widge, een assistent-professor psychiatrie aan de Universiteit van Minnesota en een voormalig onderzoeker aan het Picower Institute for Learning and Memory van MIT, zijn de senior auteurs van de studie. Rosenfeld is de hoofdauteur van het artikel, die vandaag verschijnt in wetenschappelijke vooruitgang .

Controlerende hormonen

Het laboratorium van Anikeeva heeft eerder verschillende nieuwe magnetische nanomaterialen ontwikkeld, inclusief deeltjes die op bepaalde plaatsen in het lichaam op precieze tijdstippen medicijnen kunnen afgeven.

In de nieuwe studie het onderzoeksteam wilde het idee onderzoeken om aandoeningen van de hersenen te behandelen door organen te manipuleren die zich buiten het centrale zenuwstelsel bevinden, maar het beïnvloeden door hormoonafgifte. Een bekend voorbeeld is de hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as, die de stressrespons bij zoogdieren reguleert. Hormonen uitgescheiden door de bijnier, waaronder cortisol en adrenaline, spelen een belangrijke rol bij depressie, spanning, en angst.

"Sommige aandoeningen die we als neurologisch beschouwen, kunnen vanuit de periferie worden behandeld, als we kunnen leren die lokale circuits te moduleren in plaats van terug te gaan naar de globale circuits in het centrale zenuwstelsel, " zegt Anikeeva, die lid is van MIT's Research Laboratory of Electronics en McGovern Institute for Brain Research.

Als een doelwit om de afgifte van hormonen te stimuleren, de onderzoekers kozen voor ionenkanalen die de stroom van calcium naar de bijniercellen regelen. Die ionkanalen kunnen worden geactiveerd door een verscheidenheid aan stimuli, inclusief warmte. Wanneer calcium door de open kanalen in de bijniercellen stroomt, de cellen beginnen hormonen uit te pompen. "Als we de afgifte van die hormonen willen moduleren, we moeten in staat zijn om de instroom van calcium in de bijniercellen in wezen te moduleren, ' zegt Rosenfeld.

In tegenstelling tot eerder onderzoek in de groep van Anikeeva, in deze studie werd magnetothermische stimulatie toegepast om de functie van cellen te moduleren zonder kunstmatig genen te introduceren.

Om deze warmtegevoelige kanalen te stimuleren, die van nature voorkomen in bijniercellen, de onderzoekers ontwierpen nanodeeltjes van magnetiet, een soort ijzeroxide dat kleine magnetische kristallen vormt van ongeveer 1/5000 de dikte van een mensenhaar. Bij ratten, ze ontdekten dat deze deeltjes rechtstreeks in de bijnieren konden worden geïnjecteerd en daar minstens zes maanden konden blijven. Toen de ratten werden blootgesteld aan een zwak magnetisch veld - ongeveer 50 millitesla, 100 keer zwakker dan de velden die worden gebruikt voor magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) - de deeltjes worden ongeveer 6 graden Celsius opgewarmd, genoeg om de calciumkanalen te openen zonder het omliggende weefsel te beschadigen.

Het warmtegevoelige kanaal waarop ze zich richtten, bekend als TRPV1, wordt gevonden in veel sensorische neuronen door het hele lichaam, inclusief pijnreceptoren. TRPV1-kanalen kunnen worden geactiveerd door capsaïcine, de organische verbinding die chilipepers hun warmte geeft, ook qua temperatuur. Ze komen voor bij zoogdiersoorten, en behoren tot een familie van vele andere kanalen die ook gevoelig zijn voor warmte.

Deze stimulatie veroorzaakte een hormoonstoot - een verdubbeling van de cortisolproductie en een verhoging van noradrenaline met ongeveer 25 procent. Dat leidde tot een meetbare verhoging van de hartslag van de dieren.

Stress en pijn behandelen

De onderzoekers zijn nu van plan om deze benadering te gebruiken om te bestuderen hoe hormoonafgifte PTSS en andere aandoeningen beïnvloedt. en ze zeggen dat het uiteindelijk kan worden aangepast voor de behandeling van dergelijke aandoeningen. Deze methode zou een veel minder ingrijpend alternatief bieden voor mogelijke behandelingen waarbij een medisch hulpmiddel wordt geïmplanteerd om de hormoonafgifte elektrisch te stimuleren. wat niet mogelijk is in organen zoals de bijnieren die zacht en sterk gevasculariseerd zijn, zeggen de onderzoekers.

Een ander gebied waar deze strategie veelbelovend kan zijn, is de behandeling van pijn, omdat warmtegevoelige ionenkanalen vaak worden aangetroffen in pijnreceptoren.

"Als we met deze techniek pijnreceptoren kunnen moduleren, kunnen we mogelijk pijn bestuderen, controle pijn, en in de toekomst enkele klinische toepassingen hebben, die hopelijk een alternatief kunnen bieden voor medicijnen of implantaten voor chronische pijn, " zegt Anikeeva. Met verder onderzoek naar het bestaan ​​van TRPV1 in andere organen, de techniek kan mogelijk worden uitgebreid naar andere perifere organen zoals het spijsverteringsstelsel en de pancreas.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.