التحفيز العميق للدماغ (DBS) ، حيث تقوم الأقطاب الكهربائية المزروعة في الدماغ بتوصيل النبضات الكهربائية إلى أهداف محددة ، وهو علاج سريري فعال للعديد من الحالات العصبية. يُستخدم التحفيز العميق للدماغ حاليًا لعلاج اضطرابات الحركة مثل مرض باركنسون ، والرعشة الأساسية وخلل التوتر العضلي ، بالإضافة إلى حالات مثل الصرع واضطراب الوسواس القهري. ومع ذلك ، يتطلب العلاج إجراء جراحة في الدماغ لإدخال أقطاب التحفيز ، مع احتمال التسبب في العديد من الآثار الجانبية.
لإزالة الحاجة إلى الجراحة الغازية ، قام باحثون من جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) في كوريا تقوم بتطوير إستراتيجية تحفيز عصبي غير جراحي تعتمد على الجسيمات النانوية الكهرضغطية. تخدم الجسيمات النانوية وظيفتين - الفتح العابر للحاجز الدموي الدماغي (BBB) وتحفيز إطلاق الدوبامين - يتم التحكم في كلاهما عن طريق الموجات فوق الصوتية المركزة المطبقة خارجيًا.
الجسيمات النانوية الكهرضغطية مهمة كمحفزات عصبية لأنها استجابة للمنبهات الخارجية - مثل الموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال - تشوه وتخرج التيار المباشر. يقترح الباحثون أنه يمكن استخدام هذا التيار بعد ذلك لتحفيز الخلايا العصبية الدوبامينية على إطلاق النواقل العصبية.
يتمثل أحد التحديات الرئيسية في توصيل الجسيمات النانوية إلى الدماغ ، وتحديدًا كيفية نقلها عبر الحاجز الدماغي الدماغي. لتحقيق ذلك ، لجأ الباحثون إلى أكسيد النيتريك (NO) ، وهو جزيء شديد التفاعل يُظهر إمكانية حدوث اضطراب BBB. لقد صمموا نظامًا متعدد الوظائف موصوفًا في طبيعة الهندسة الطبية الحيوية، التي تشتمل على جسيمات نانوية من تيتانات الباريوم مغلفة بـ NO- المطلق لـ BNN6 و polydopamine (pDA). استجابةً للموجات فوق الصوتية ، يجب أن تولد هذه الجسيمات النانوية كلاً من NO والتيار المباشر.
لاختبار نهجهم ، المؤلف الرئيسي فاز جونغ كيم قام وزملاؤه أولاً بالتحقيق في قدرة الجسيمات النانوية على إطلاق أكسيد النيتروجين. استجابةً لـ 5 ثوانٍ من الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) ، أطلقت الجسيمات النانوية على الفور NO. قاموا أيضًا بتقييم السلوك الكهرضغطية باستخدام مجموعة تثبيت التصحيح. في حين أن المذيبات التي لا تحتوي على جزيئات نانوية مغلفة بـ pDA لم تظهر أي طفرات حالية ، في وجود الجسيمات النانوية ، شوهدت طفرات تيار مميزة بكثافة تتناسب مع شدة الموجات فوق الصوتية.
يُفترض أن DBS يحفز الجهاز العصبي كهربائيًا عن طريق فتح Ca2+ قنوات الخلايا العصبية القريبة ومن ثم تسريع إطلاق الناقل العصبي عند المشبك. للتحقق مما إذا كان التيار المتولد من الجسيمات النانوية يمكن أن يوفر تحفيزًا عصبيًا مشابهًا ، راقب الفريق الكالسيوم2+ ديناميات الخلايا الشبيهة بالخلايا العصبية. داخل الخلايا Ca2+ زاد التركيز بشكل كبير في الخلايا التي تتلقى كل من الجسيمات النانوية والموجات فوق الصوتية ، في حين أن الموجات فوق الصوتية أو الجسيمات النانوية وحدها لم يكن لها أي تأثير.
كما أن الخلايا المعالجة بالجسيمات النانوية المحفزة بالموجات فوق الصوتية تولد أيضًا زيادة في تركيز الدوبامين خارج الخلية ، مما يشير إلى الكالسيوم.2+ إطلاق ناقل عصبي بوساطة التدفق. مرة أخرى ، لم يلاحظ أي تغيير كبير مع الموجات فوق الصوتية أو الجسيمات النانوية وحدها. أظهرت الاختبارات باستخدام الجسيمات النانوية غير الكهرضغطية تغيرات طفيفة في الكالسيوم2+ الإفراج عن التدفق والناقل العصبي ، مما يشير إلى أن هذه التأثيرات تنشأ في المقام الأول استجابة لتحفيز كهرضغطية.
قام الباحثون بعد ذلك بأداء سلسلة من في الجسم الحي دراسات. للتحقيق في فتح BBB بدون وسيط ، قاموا بحقن الفئران عن طريق الوريد بجزيئات نانوية كهرضغطية مطلقة لـ NO ثم قاموا بتطبيق HIFU على مواقع الدماغ المستهدفة تحت توجيه الموجات فوق الصوتية.
بعد ساعتين من الحقن ، كشف الفحص المجهري الإلكتروني النافذ عن كميات أكبر بكثير من الجسيمات النانوية المتراكمة داخل أدمغة الحيوانات مقارنة بمجموعات التحكم ، مما يدل على أن إطلاق أكسيد النيتروجين يعطل مؤقتًا التقاطعات الضيقة في BBB. أظهر الباحثون أيضًا أنه بعد ساعتين من تطبيق HIFU ، لم يعد BBB قابلاً للاختراق ، مما يؤكد أن اضطراب BBB بوساطة NO هو مؤقت فقط.
أخيرًا ، قام الفريق بتقييم الآثار العلاجية للجسيمات النانوية باستخدام نموذج فأر لمرض باركنسون. تم حقن الفئران بجسيمات نانوية متبوعة بتطبيقات متعددة من HIFU في النواة تحت المهاد (موقع استهداف DBS المعتمد من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية) لاستعادة مستويات الدوبامين في الدماغ.
عزز DBS باستخدام الجسيمات النانوية التي تحركها الموجات فوق الصوتية الوظائف السلوكية للحيوانات ، بما في ذلك التنسيق الحركي والنشاط الحركي. أظهرت الفئران تحسنًا تدريجيًا في الوظيفة الحركية مع التحفيز اليومي HIFU لمدة 10 أيام ، مع استعادة النشاط الحركي تقريبًا بحلول اليوم 16. يعتقد الفريق أن الجسيمات النانوية الكهروضغطية تسببت في إطلاق ناقل عصبي ، مما خفف بشكل كبير من أعراض مرض باركنسون دون التسبب في أي سمية كبيرة. .
يمكن أن يعالج التحفيز الشخصي للدماغ الاكتئاب غير القابل للعلاج
وخلصوا إلى "نأمل في أن يتم تطوير الجسيمات النانوية الكهروإجهادية المستجيبة للموجات فوق الصوتية NO إلى أساليب علاجية طفيفة التوغل لعلاج الأمراض التنكسية العصبية".
تستخدم المجموعة الآن دراسات أساسية لتحديد الآليات الأساسية لفتح BBB بوساطة NO. يوضح المؤلف الأول: "نحن نعمل أيضًا على تطوير الجيل التالي من المواد المعدلة لأكسيد النيتروجين لتعظيم استخدامها السريري مع تقليل آثارها الجانبية غير المرغوب فيها" تايجونغ كيم.
