Las neuronas son células capaces de responder a diferentes estímulos, sean estos químicos, eléctricos, o mecánicos como la presión o la vibración, aunque esta última no es fácil de estudiar por la carencia de métodos adecuados para tal fin. Investigadores del prestigioso Instituto Tecnológico de Massachussets y sus colegas desarrollaron un método controlable para inducir la estimulación mecánica de las células, el cual funciona mediante nanodiscos magnéticos que pueden ser activados por un campo magnético externo (Gregurec et al., 2020).
Se estima que estas herramientas podrían dar lugar a nuevos tratamientos terapéuticos. similares a la neuroestimulación de base eléctrica que se ha utilizado para tratar la enfermedad de Parkinson y otras afecciones. A diferencia de esos sistemas, que requieren una conexión de cableada externa, el nuevo sistema estaría completamente libre de contacto después de una inyección inicial de partículas, y podría reactivarse a voluntad a través de un campo magnético aplicado externamente.
“Una cosa interesante sobre el sistema nervioso es que las neuronas realmente pueden detectar fuerzas”, dice el Dr. Alexander Senko, uno de los coautores del estudio. “Así es como funciona su sentido del tacto, y también tu sentido del oído y el equilibrio.” El equipo apuntó a un grupo particular de neuronas dentro de una estructura conocida como el ganglio de la raíz dorsal, que forma una interfaz entre los sistemas nerviosos central y periférico, porque estas células son particularmente sensibles a las fuerzas mecánicas.
El nuevo método abre una nueva vía para la estimulación de las células nerviosas dentro del cuerpo, que hasta ahora se ha basado casi por completo en vías químicas, mediante el uso de productos farmacéuticos o en vías eléctricas, que requieren cables invasivos para suministrar voltaje al cuerpo.
Según los investigadores, la estimulación mecánica a través de nanodiscos, que activa vías de señales completamente diferentes dentro de las propias neuronas, podría proporcionar un área de estudio significativa.
Las aplicaciones de esta técnica podrían ser similares a las que se están desarrollando en el campo de los medicamentos bioelectrónicos, dice Senko, pero requieren electrodos que suelen ser mucho más grandes y rígidos que las neuronas estimuladas, lo que limita su precisión y a veces daña las células.
La clave del nuevo proceso fue desarrollar discos minúsculos con una propiedad magnética inusual, lo que puede hacer que empiecen a moverse cuando se someten a un cierto tipo de campo magnético variable. Aunque las partículas en sí tienen solo unos 100 nanómetros de diámetro, aproximadamente una centésima parte del tamaño de las neuronas que están tratando de estimular, se pueden hacer e inyectar en grandes cantidades, de modo que su efecto colectivo sea lo suficientemente fuerte como para activar los receptores celulares de presión.
Las nanopartículas magnéticas convencionales habrían requerido la activación de campos magnéticos grandes, lo que no hubiera sido práctico. Por eso, encontrar materiales que pudieran proporcionar suficiente fuerza con una activación magnética moderada no fue sencillo para el equipo de investigación. La solución resultó ser un nuevo tipo de nanodiscos magnéticos.
Estos discos, que tienen cientos de nanómetros de diámetro, contienen una configuración de vórtice de espines atómicos cuando no se aplican campos magnéticos externos. Esto hace que las partículas se comporten como si no fueran magnéticas, lo que las hace excepcionalmente estables en soluciones, explican los investigadores. Cuando estos discos se someten a un campo magnético variable muy débil de unos pocos militesla, con una frecuencia baja de solo varios hercios, cambian a un estado en el que todos los espines internos están alineados en el plano del disco. Esto permite que los nanodiscos actúen como palancas, moviéndose hacia arriba y hacia abajo con la dirección del campo.
El equipo de investigación comenta que a partir de ahora hay mucho por investigar. Ya se sabe que es posible utilizar estas partículas para transducir grandes fuerzas a las membranas de las neuronas para estimularlas, lo que significa que ahora es posible modular las funciones en cualquier parte del sistema nervioso donde las células sean sensibles a las fuerzas mecánicas (esencialmente todos los órganos). Un paso más adelante hacia la estimulación sin la necesidad de usar drogas o electrodos.
Referencia bibliográfica:
Gregurec, D., Senko, A. W., Chuvilin, A., Reddy, P. D., Sankararaman, A., Rosenfeld, D., Chiang, P.-H., Garcia, F., Tafel, I., Varnavides, G., Ciocan, E., & Anikeeva, P. (2020). Magnetic Vortex Nanodiscs Enable Remote Magnetomechanical Neural Stimulation. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00562
