डीप ब्रेन स्टिमुलेशन (डीबीएस), जिसमें मस्तिष्क में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड विशिष्ट लक्ष्यों को विद्युत आवेग प्रदान करते हैं, कई न्यूरोलॉजिकल स्थितियों के लिए एक प्रभावी नैदानिक उपचार है। डीबीएस वर्तमान में पार्किंसंस रोग, आवश्यक कंपकंपी और डायस्टोनिया जैसे आंदोलन विकारों के साथ-साथ मिर्गी और जुनूनी-बाध्यकारी विकार जैसी स्थितियों के इलाज के लिए उपयोग किया जाता है। उपचार, हालांकि, उत्तेजना इलेक्ट्रोड डालने के लिए मस्तिष्क की सर्जरी की आवश्यकता होती है, जिससे कई दुष्प्रभाव पैदा हो सकते हैं।
इनवेसिव सर्जरी की जरूरत को दूर करने के लिए पोहांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं (POSTECH) कोरिया में पीजोइलेक्ट्रिक नैनोकणों पर आधारित एक गैर-आक्रामक तंत्रिका उत्तेजना रणनीति विकसित कर रहे हैं। नैनोकण दो कार्य करते हैं - रक्त-मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) का क्षणिक उद्घाटन और डोपामाइन की रिहाई को उत्तेजित करना - दोनों बाहरी रूप से केंद्रित अल्ट्रासाउंड द्वारा नियंत्रित होते हैं।
पीजोइलेक्ट्रिक नैनोपार्टिकल्स तंत्रिका उत्तेजक के रूप में रुचि रखते हैं क्योंकि बाहरी उत्तेजनाओं के जवाब में - जैसे कि अल्ट्रासाउंड, उदाहरण के लिए - वे प्रत्यक्ष धारा को विकृत और आउटपुट करते हैं। शोधकर्ताओं का प्रस्ताव है कि न्यूरोट्रांसमीटर जारी करने के लिए डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स को उत्तेजित करने के लिए इस वर्तमान का उपयोग किया जा सकता है।
एक प्रमुख चुनौती नैनोकणों को मस्तिष्क तक पहुँचाना है, विशेष रूप से, उन्हें बीबीबी के पार कैसे पहुँचाया जाए। इसे प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ता नाइट्रिक ऑक्साइड (एनओ) में बदल गए, एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील अणु जो बीबीबी व्यवधान के लिए संभावित दिखाता है। उन्होंने में वर्णित एक बहुआयामी प्रणाली तैयार की है प्रकृति बायोमेडिकल इंजीनियरिंग, जिसमें नो-रिलीज़िंग बीएनएन6 और पॉलीडोपामाइन (पीडीए) के साथ लेपित एक बेरियम टाइटेनेट नैनोपार्टिकल शामिल है। अल्ट्रासाउंड के जवाब में, इन नैनोकणों को NO और प्रत्यक्ष धारा दोनों उत्पन्न करनी चाहिए।
उनके दृष्टिकोण का परीक्षण करने के लिए, लेखक का नेतृत्व करें वोन जोंग किम और सहकर्मियों ने सबसे पहले नैनोकणों की NO जारी करने की क्षमता की जांच की। उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HIFU) के 5 एस के जवाब में, नैनोकणों ने तुरंत NO जारी किया। उन्होंने पैच-क्लैंप सेट-अप का उपयोग करके पीजोइलेक्ट्रिक व्यवहार का भी मूल्यांकन किया। जबकि पीडीए-लेपित नैनोकणों के बिना विलायक ने नैनोकणों की उपस्थिति में कोई वर्तमान स्पाइक्स प्रदर्शित नहीं किया, विशिष्ट वर्तमान स्पाइक्स को अल्ट्रासाउंड तीव्रता के आनुपातिक तीव्रता के साथ देखा गया।
डीबीएस को सीए खोलकर तंत्रिका तंत्र को विद्युत रूप से उत्तेजित करने के लिए परिकल्पित किया गया है2+ पास के न्यूरॉन्स के चैनल और फिर सिनैप्स पर तेजी से न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज। यह जांचने के लिए कि क्या नैनोकणों से उत्पन्न करंट समान तंत्रिका उत्तेजना प्रदान कर सकता है, टीम ने सीए की निगरानी की2+ न्यूरॉन जैसी कोशिकाओं की गतिशीलता। इंट्रासेल्युलर सीए2+ नैनोकणों और अल्ट्रासाउंड दोनों को प्राप्त करने वाली कोशिकाओं में एकाग्रता में काफी वृद्धि हुई, जबकि अकेले अल्ट्रासाउंड या नैनोकणों का कोई प्रभाव नहीं पड़ा।
अल्ट्रासाउंड-उत्तेजित नैनोकणों के साथ उपचारित कोशिकाओं ने भी डोपामाइन की बढ़ी हुई बाह्य कोशिकीय सांद्रता उत्पन्न की, जो सीए का संकेत देती है2+ प्रवाह-मध्यस्थता न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज। फिर से, अकेले अल्ट्रासाउंड या नैनोकणों के साथ कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं देखा गया। गैर-पीजोइलेक्ट्रिक नैनोकणों का उपयोग करने वाले परीक्षणों ने सीए में नगण्य परिवर्तन दिखाया2+ प्रवाह और न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज, यह दर्शाता है कि ये प्रभाव मुख्य रूप से पीजोइलेक्ट्रिक उत्तेजना के जवाब में उत्पन्न होते हैं।
शोधकर्ताओं ने इसके बाद की एक श्रृंखला का प्रदर्शन किया vivo में अध्ययन करते हैं। नो-मध्यस्थ बीबीबी उद्घाटन की जांच करने के लिए, उन्होंने नो-रिलीजिंग पीजोइलेक्ट्रिक नैनोकणों के साथ अंतःशिरा में चूहों को इंजेक्ट किया और फिर अल्ट्रासाउंड मार्गदर्शन के तहत लक्षित मस्तिष्क साइटों पर एचआईएफयू लागू किया।
इंजेक्शन के दो घंटे बाद, ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ने नियंत्रण समूहों की तुलना में जानवरों के दिमाग के अंदर संचित नैनोकणों की काफी अधिक मात्रा का खुलासा किया, यह दर्शाता है कि बीबीबी में तंग जंक्शनों को अस्थायी रूप से बाधित नहीं किया गया था। शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि एचआईएफयू आवेदन के 2 घंटे बाद, बीबीबी अब पारगम्य नहीं था, यह पुष्टि करते हुए कि नो-मध्यस्थता बीबीबी व्यवधान केवल अस्थायी है।
अंत में, टीम ने पार्किंसंस रोग के माउस मॉडल का उपयोग करके नैनोकणों के चिकित्सीय प्रभावों का मूल्यांकन किया। मस्तिष्क में डोपामाइन के स्तर को बहाल करने के लिए सबथैलेमिक न्यूक्लियस (यूएस फूड एंड ड्रग एडमिनिस्ट्रेशन-अनुमोदित डीबीएस लक्षित साइट) पर एचआईएफयू के कई अनुप्रयोगों के बाद चूहों को नैनोकणों के साथ इंजेक्शन दिया गया था।
डीबीएस ने अल्ट्रासाउंड संचालित नैनोकणों का उपयोग करके मोटर समन्वय और लोकोमोटर गतिविधि सहित जानवरों के व्यवहारिक कार्यों को बढ़ाया। चूहों ने 10 दिनों के लिए दैनिक HIFU उत्तेजना के साथ मोटर फ़ंक्शन में क्रमिक सुधार दिखाया, लोकोमोटर गतिविधि 16 दिन तक लगभग बहाल हो गई। टीम का अनुमान है कि पीज़ोइलेक्ट्रिक नैनोकणों ने न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज को प्रेरित किया, जिसने बिना किसी महत्वपूर्ण विषाक्तता के पार्किंसंस रोग के लक्षणों को कम किया। .
वैयक्तिकृत मस्तिष्क उत्तेजना अनुपचारित अवसाद का इलाज कर सकती है
"हम आशा करते हैं कि अल्ट्रासाउंड-उत्तरदायी नो-रिलीजिंग पीजोइलेक्ट्रिक नैनोपार्टिकल्स को न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के उपचार के लिए न्यूनतम इनवेसिव चिकित्सीय दृष्टिकोण में विकसित किया जा सकता है," वे निष्कर्ष निकालते हैं।
समूह अब नो-मध्यस्थ बीबीबी उद्घाटन के लिए अंतर्निहित तंत्र का निर्धारण करने के लिए मौलिक अध्ययनों को नियोजित कर रहा है। पहले लेखक बताते हैं, "हम उनके नैदानिक उपयोग को अधिकतम करने के साथ-साथ उनके अवांछित दुष्प्रभावों को कम करने के लिए अगली पीढ़ी के नो-मॉड्यूलेटरी सामग्री भी विकसित कर रहे हैं।" ताइजोंग किम.
