Elektrisk djup hjärnstimulering (DBS) är en väletablerad metod för att behandla rörelsestörningar vid Parkinsons sjukdom. Men att implantera elektroder i en persons hjärna är ett invasivt och oprecist sätt att stimulera nervceller. Forskare rapporterar i Nano Letters på en ny applikation för tekniken, kallad magnetogenetics, som använder mycket små magneter för att trådlöst trigga specifika, genredigerade nervceller i hjärnan. Behandlingen lindrade effektivt motoriska symtom hos möss utan att skada omgivande hjärnvävnad.

I traditionell DBS sänder ett batteripaket externt elektriska signaler genom ledningar, vilket aktiverar nervceller i en region av hjärnan som kallas subthalamuskärnan (STN). STN-aktivering kan lindra motoriska symtom på Parkinsons sjukdom, inklusive skakningar, långsamhet, stelhet och ofrivilliga rörelser.

Men eftersom de potentiella biverkningarna, inklusive hjärnblödning och vävnadsskador, kan vara allvarliga, är DBS vanligtvis reserverad för personer som har Parkinsons sjukdom i sent skede eller när symtomen inte längre kan hanteras med medicin.

I ett steg mot en mindre invasiv behandling arbetade forskarna Minsuk Kwak och Jinwoo Cheon tillsammans med sina kollegor för att utveckla en trådlös metod för att effektivt minska motorisk dysfunktion hos personer med Parkinsons sjukdom.

För sin trådlösa teknik märkte forskarna nanomagneter med antikroppar för att hjälpa molekylerna att "fastna" på ytan av STN-nervceller. Sedan injicerade de de klibbiga magneterna i hjärnan på möss med Parkinsons sjukdom i tidigt och sent skede.

Före injektionen i STN hade samma nervceller modifierats med en gen som fick dem att aktiveras när de modifierade magneterna på cellens yta vred sig som reaktion på ett externt applicerat magnetfält på cirka 25 milliteslas, vilket är ungefär en- tusendels styrka av en MRT.

I demonstrationer av de magnetiserade och modifierade neuronerna hos möss med Parkinsons sjukdom visade mössen som exponerats för ett magnetfält förbättrad motorisk funktion till nivåer jämförbara med friska möss. Teamet observerade att möss som fick flera exponeringar för magnetfältet behöll mer än en tredjedel av sina motoriska förbättringar medan möss som fick en exponering behöll nästan inga förbättringar.

Dessutom visade nervcellerna hos behandlade möss inga betydande skador i och runt STN, vilket tyder på att detta kan vara ett säkrare alternativ till traditionella implanterade DBS-system, säger forskarna. Teamet tror att dess trådlösa magnetogenetiska tillvägagångssätt har terapeutisk potential och kan användas för att behandla motorisk dysfunktion hos personer med Parkinsons sjukdom i tidigt eller sent skede samt andra neurologiska störningar, såsom epilepsi och Alzheimers sjukdom.

Mer information: Wookjin Shin et al, Nanoscale Magneto-mechanical-genetics of Deep Brain Neurons Reversing Motor Deficits in Parkinsonian Mouse, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03899

Journalinformation: Nanobokstäver

Tillhandahålls av American Chemical Society