科技日報記者 張佳欣
據(jù)最新一期《自然·納米技術(shù)》雜志報道，美國麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新型磁電納米圓盤，為無創(chuàng)刺激大腦提供了一種新方法，有望替代傳統(tǒng)的植入式或基因改造療法。
腦深部電刺激術(shù)（DBS）通過在目標(biāo)大腦區(qū)域植入電極來治療帕金森病和強(qiáng)迫癥等神經(jīng)和精神疾病。盡管其療效顯著，但DBS的手術(shù)難度和潛在并發(fā)癥限制了這種侵入性手術(shù)的應(yīng)用范圍。
新型磁電納米圓盤則提供了一種更加溫和且無創(chuàng)的方式來達(dá)到類似的效果。這些納米圓盤由雙層磁性核心和壓電外殼組成，直徑約為250納米，僅為人類頭發(fā)絲寬度的1/500。它們可以直接注射到特定的大腦區(qū)域，并通過體外施加磁場隨時激活。磁性核心具有磁致伸縮性，這意味著它在磁化時會改變形狀。
圓盤形狀是其高效性的關(guān)鍵因素之一。之前使用的球形磁性納米顆粒的磁電效應(yīng)非常微弱。而圓盤形狀具備的各向異性使磁致伸縮效應(yīng)增強(qiáng)了1000倍以上。
在實驗中，研究人員首先將納米圓盤添加到培養(yǎng)的神經(jīng)元中，并利用磁場短脈沖按需激活這些細(xì)胞。這種刺激不需要任何基因改造。隨后，他們將一小滴磁電納米圓盤溶液注射到小鼠大腦的特定區(qū)域。只需開啟附近的較弱電磁鐵，即可觸發(fā)顆粒在該大腦區(qū)域釋放微弱的電擊。通過切換電磁鐵，可以遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉這種刺激。
磁電納米圓盤能夠刺激與獎賞感受相關(guān)的大腦深部區(qū)域，即腹側(cè)被蓋區(qū)。此外，研究人員還刺激了與運(yùn)動控制相關(guān)的另一個大腦區(qū)域，即丘腦底核，這是帕金森病患者通常植入電極的位置。結(jié)果表明，研究人員成功調(diào)節(jié)了運(yùn)動控制，甚至能夠在健康小鼠的大腦一個半球注射納米圓盤后，使用磁場誘導(dǎo)小鼠旋轉(zhuǎn)。
這一創(chuàng)新技術(shù)不僅為神經(jīng)疾病的治療提供了新的可能性，也為未來的非侵入性腦科學(xué)研究開辟了新的途徑。
