研究人员实现了对激素释放的远程控制

肾上腺素和皮质醇等应激激素的异常水平与各种精神健康障碍有关，包括抑郁症和创伤后应激障碍(PTSD)。麻省理工学院的研究人员现在发明了一种利用磁性纳米颗粒远程控制肾上腺释放这些激素的方法。

研究人员说，这种方法可以帮助科学家更多地了解激素释放如何影响心理健康，并最终提供一种治疗激素相关疾病的新方法。

麻省理工学院材料科学与工程、大脑与认知科学教授Polina Anikeeva说:“我们正在研究如何通过调节周围器官功能来研究并最终治疗应激障碍，而不是在中枢神经系统中做一些高度侵入性的事情。”

为了实现对激素释放的控制，德国麻省理工学院博士后Dekel Rosenfeld开发了一种特殊的磁性纳米颗粒，可以注射到肾上腺。当暴露在弱磁场中时，这些颗粒会轻微升温，激活热响应通道，从而触发激素释放。这种技术可以用最小的侵入性刺激身体深处的器官。

明尼苏达大学(University of Minnesota)精神病学助理教授、麻省理工学院(MIT)皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)前研究员阿尼克耶娃(Anikeeva)和阿力克?罗森菲尔德是这篇论文的主要作者，论文发表在今天的《科学进展》杂志上。

控制荷尔蒙

阿尼克耶娃的实验室之前设计了几种新型磁性纳米材料，包括可以在体内特定位置精确时间释放药物的粒子。

在这项新的研究中，研究小组想要探索通过控制中枢神经系统之外的器官来治疗大脑紊乱的想法，这些器官通过激素的释放来影响大脑。一个众所周知的例子是调节哺乳动物应激反应的下丘脑-垂体-肾上腺轴。肾上腺分泌的激素，包括皮质醇和肾上腺素，在抑郁、压力和焦虑中扮演重要角色。

“一些障碍,我们认为从外围神经系统可能是可以治愈的,如果我们能学会调节这些当地的电路,而不是回到全球电路在中枢神经系统,“Anikeeva说,他是麻省理工学院的电子研究实验室和麦戈文脑研究所。

作为刺激激素释放的一个目标，研究人员决定利用离子通道来控制钙离子流入肾上腺细胞。这些离子通道可以被包括热在内的各种刺激激活。当钙通过开放的通道流入肾上腺细胞时，这些细胞开始分泌激素。罗森菲尔德说:“如果我们想要调节这些激素的释放，我们需要能够从本质上调节钙流入肾上腺细胞。”

与之前Anikeeva的研究不同，在这项研究中，磁热刺激被用于调节细胞的功能，而没有人为地引入任何基因。

为了刺激这些自然存在于肾上腺细胞中的热敏通道，研究人员设计了由磁铁矿制成的纳米颗粒。磁铁矿是一种氧化铁，它能形成微小的磁性晶体，厚度约为人类头发丝的1/5000。在老鼠身上，他们发现这些颗粒可以直接注射到肾上腺，并在那里至少停留6个月。当老鼠暴露在弱磁场中——约50毫特斯拉，比磁共振成像(MRI)弱100倍——这些粒子被加热约6摄氏度，足以触发钙通道打开而不损伤周围的任何组织。

他们瞄准的热敏通道被称为TRPV1，存在于身体的许多感觉神经元中，包括痛觉感受器。TRPV1通道可以被辣椒素激活，这是一种给辣椒加热的有机化合物，也可以被温度激活。它们可以在哺乳动物中找到，并且属于许多其他通道家族，这些通道对热也很敏感。

这种刺激引发了一种激素的激增——使皮质醇的分泌增加一倍，使去甲肾上腺素增加约25%。这导致了动物心率的明显增加。

治疗压力和疼痛

研究人员现在计划用这种方法来研究激素释放是如何影响创伤后应激障碍和其他疾病的，他们说，最终这种方法可以用于治疗这类疾病。研究人员说，这种方法将提供一种侵入性小得多的替代方法，可以替代通过植入医疗设备来电刺激激素释放的潜在治疗方法。电刺激激素释放在肾上腺等器官中是不可行的，因为这些器官柔软且血管化程度高。

这种方法的另一个前景是治疗疼痛，因为热敏离子通道通常存在于疼痛感受器中。

安尼克耶娃说:“利用这项技术来调节痛觉感受器，有可能使我们能够研究疼痛，控制疼痛，并在未来有一些临床应用，这有望为治疗慢性疼痛提供一种替代药物或植入物的方法。”随着TRPV1在其他器官中存在的进一步研究，这项技术有可能扩展到其他周边器官，如消化系统和胰腺。

这项研究由美国国防先期研究计划局ElectRx项目、Bose研究基金、美国国立卫生研究院脑计划和麻省理工学院奖学金资助。