Microbobinele magnetice deschid terapii țintite cu un singur neuron pentru tulburările neurodegenerative

Neurostimularea este o tehnică medicală folosită pentru tratarea multor boli care afectează sistemul nervos. Aceasta implică aplicarea energiei neuronilor pentru a-i încuraja să crească și să facă conexiuni cu vecinii lor. Tratamentele pentru epilepsie pot include adesea neurostimulare și există tratamente similare pentru boala Parkinson, durerea cronică și unele boli psihiatrice.

În Jurnalul de știință și tehnologie a vidului Ade la AIP Publishing, cercetătorii de la Universitatea din Minnesota au implementat o serie de bobine microscopice – microbobine – pentru a crea un câmp magnetic și a stimula neuronii individuali.

Dispozitivele existente sunt eficiente, dar le lipsește precizia necesară pentru unele aplicații, cum ar fi implanturile cohleare sau stimulatorii nervului vag.

„Există multe dispozitive de neurostimulare pe piață – unele au fost deja aprobate de FDA pentru studii pe pacienți, iar altele așteaptă aprobarea”, a spus autoarea Renata Saha. „Dar fiecare are o avertizare – ei stimulează un număr mare de neuroni, inclusiv celule învecinate care nu ar trebui să fie stimulate. Industria dispozitivelor medicale caută un dispozitiv sau o tehnologie care să poată stimula neuronii cu precizie unicelulară”.

În loc să folosească un electrod, Saha și echipa ei au recurs la utilizarea bobinelor magnetice de sârmă. Cu mai bine de două secole în urmă, fizicianul Michael Faraday a descris modul în care un curent electric care trece printr-o bobină de sârmă poate crea un câmp magnetic. Acest câmp magnetic poate stimula un câmp electric în orice neuron din apropiere, care are același efect ca un electrod, dar mai subtil. Cu toate acestea, această tehnică are un dezavantaj major.

„Pentru a obține cantitatea necesară de câmp electric capabil să stimuleze neuronii, cantitatea de curent pe care aceste bobine mici trebuie să o conducă este foarte mare”, a spus Saha. „Este de aproape trei ori mai mare decât cantitatea de curent care ar trebui să conducă electrodul pentru a atinge același prag.”

Pentru a rezolva această problemă, echipa a făcut două îmbunătățiri. În primul rând, în loc de o bobină mică, au folosit o serie de opt bobine, care combinate pot genera câmpuri electrice folosind mult mai puțin curent per bobină. Cercetătorii au îmbunătățit în continuare aceste matrice de microbobine folosind materiale magnetice moi, care sporesc puterea magnetică a bobinelor.

„Adăugarea acestor materiale magnetice moi la miezul microbobinelor crește câmpul electric fără a fi nevoie să crească curentul prin microbobine”, a spus Saha.

Cercetătorii au construit un prototip al matricei lor de bobine, numit MagPatch, și l-au încapsulat într-un strat biocompatibil. Apoi l-au testat cu celule de neuroblastom uman pentru a-și dovedi eficacitatea. Celulele au fost afectate de câmpuri magnetice fără a fi deteriorate de acoperire, ceea ce sugerează potențialul de utilizare a acestui dispozitiv în medii clinice.

Autorii intenționează să dezvolte și să testeze în continuare dispozitivul MagPatch pentru a asigura siguranța și utilitatea acestuia. Ei speră că acest lucru va ajuta la îmbunătățirea următoarei generații de implanturi cohleare.