Исследователи из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Томского политехнического университета создали магнитоэлектрические наночастицы, способные точечно и безопасно стимулировать клетки мозга. Они могут стать основой для новых методов терапии эпилепсии, болезней Паркинсона, Альцгеймера и других неврологических расстройств.
Ученые используют особые магнитоэлектрические частицы, которые умеют превращать переменное магнитное поле в электрическое. Каждая такая частица устроена по принципу «ядро — оболочка»: внутри у нее ядро, а снаружи — оболочка из пьезоэлектрического материала. Пьезоэлектрик — это вещество, которое при механическом воздействии (например, если его сжать или ударить) начинает поляризоваться за счет перемещения электронов в нем на одну из сторон, что создает разность потенциалов на краях материала. Если воздействовать на такой материал часто, например с помощью ультразвука, то пьезоэлектрик будет постоянно генерировать электрическое поле, тем самым он может активировать клетку, рядом с которой находится.
«В нашем случае на частицу действует не ультразвук, а магнитное ядро внутри нее. Здесь вступает в силу еще одно важное свойство — магнитострикция. Суть его в том, что некоторые магнитные материалы в переменном магнитном поле слегка изменяют свои размеры. Если частица симметричная (например, шар), то она будет менять размер одинаково во все стороны. Эти микроскопические механические колебания передаются на оболочку из пьезоэлектрика, который создает электрическое поле. Таким образом, с помощью переменного магнитного поля мы можем управлять электрической активностью этих частиц, не прикасаясь к ним напрямую», — рассказывает старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Александр Ромащенко.
Магнитное поле легко проходит через ткани и не вредит им. В отличие от ультразвука, который с расстоянием теряет силу и может перегревать ткани, а также делать их более проницаемыми, оно не вызывает таких побочных эффектов. Поэтому этот способ считается безопасным и щадящим для воздействия на клетки внутри организма.
Ученые отмечают, что в первых экспериментах частицы не были полностью безвредны для клеток, поэтому сейчас ведутся работы по повышению их биосовместимости. Для этого меняют стабилизатор — специальное вещество на поверхности частицы, которое не дает им слипаться и выпадать в осадок. Важно найти такой состав оболочки, чтобы он не мешал электрической стимуляции и не снижал эффективность захвата частиц клетками. Сейчас главная задача — доказать саму возможность управления транспортом, а уже в будущем сделать частицы максимально безопасными для живых организмов.