(PhysOrg.com) -- Kluster av uppvärmda, magnetiska nanopartiklar riktade mot cellmembran kan fjärrstyra jonkanaler, neuroner och till och med djurens beteende, enligt en artikel publicerad av University at Buffalo physicists in Nature Nanotechnology.

Forskningen kan ha bred tillämpning, potentiellt resultera i innovativa cancerbehandlingar som fjärrmanipulerar utvalda proteiner eller celler i specifika vävnader, eller förbättrade diabetesterapier som på distans stimulerar pankreasceller att frigöra insulin.

Arbetet skulle också kunna tillämpas på utvecklingen av nya terapier för vissa neurologiska störningar, som är resultatet av otillräcklig neurostimulering.

"Genom att utveckla en metod som tillåter oss att använda magnetfält för att stimulera celler både in vitro och in vivo, denna forskning kommer att hjälpa oss att reda ut signalnätverken som styr djurens beteende, säger Arnd Pralle, PhD, biträdande professor i fysik vid UB College of Arts and Sciences och senior/motsvarande författare på tidningen.

UB-forskarna visade att deras metod kunde öppna kalciumjonkanaler, aktivera neuroner i cellkultur och till och med manipulera rörelserna hos den lilla nematoden, C. elegans.

"Vi riktade in oss på nanopartiklarna nära det som är "munnen" på maskarna, kallas amfiden, " förklarar Pralle. "Du kan se i videon att maskarna kryper runt; när vi slår på magnetfältet, som värmer upp nanopartiklarna till 34 grader Celsius, de flesta av maskarna vänder kursen. Vi skulle kunna använda den här metoden för att få dem att gå fram och tillbaka. Nu måste vi ta reda på vilka andra beteenden som kan kontrolleras på detta sätt."

Maskarna vände kurs när deras temperatur nådde 34 grader Celsius, Pralle säger, samma tröskel som i naturen framkallar ett undvikandesvar. Det är bevis, han säger, att tillvägagångssättet skulle kunna anpassas till studier av hela djur om innovativa nya läkemedel.

Metoden som UB-teamet utvecklat går ut på att värma nanopartiklar i ett cellmembran genom att exponera dem för ett radiofrekvent magnetfält; värmen resulterar sedan i att cellen stimuleras.

"Vi har utvecklat ett verktyg för att värma nanopartiklar och sedan mäta deras temperatur, säger Pralle, noterar att inte mycket är känt om värmeledning i vävnad på nanoskala.

"Vår metod är viktig eftersom den tillåter oss att bara värma upp cellmembranet. Vi ville inte döda cellen, " sa han. "Medan membranet utanför cellen värms upp, det finns ingen temperaturförändring i cellen."

Mäter bara sex nanometer, partiklarna kan lätt diffundera mellan cellerna. Magnetfältet är jämförbart med det som används vid magnetisk resonanstomografi. Och metodens förmåga att aktivera celler enhetligt över ett stort område indikerar att det också kommer att vara möjligt att använda den i in vivo-applikationer för hela kroppen, forskarna rapporterar.

I samma tidning, UB-forskarna rapporterar också sin utveckling av en fluorescerande sond för att mäta att nanopartiklarna värmdes upp till 34 grader Celsius.

"Fluorescensintensiteten indikerar förändringen i temperatur, säger Pralle, "det är en slags nanoskalatermometer och kan tillåta forskare att lättare mäta temperaturförändringar på nanoskala."

Pralle och hans medförfattare är aktiva i Molecular Recognition in Biological Systems and Bioinformatics och Integrated Nanostructure Systems strategiska styrkor, identifieras av UB 2020 strategiska planeringsprocessen.