Nat Nanotech突破 | MIT团队开发低侵入性的磁控化学遗传法，可调控小鼠抑郁和社交

常规的神经化学调控技术，大多依赖于腹腔注射或者饮用水添加药物。这不可避免的导致药物分布没有选择性，并且到达特定脑区时间不可控。个别颅内侵入性移植注射泵能够位置准确、时间快速的注射药物，但侵入性移植创伤大，对动物体行为影响大，也极大限制了临床应用。高频率交变磁场由于磁场强度小（mT）、交变频率高（100-500 kHz），可以无损伤地深度穿透生物体，并且均匀分布大面积区域，为神经化学调控提供了一种很好的无线控制平台。

2019年8月19日，美国麻省理工学院Polina Anikeeva教授（第一作者饶思圆博士）团队在Nature Nanotechnology杂志上发表文章Remotely controlled chemomagnetic modulation of targeted neural circuits，开发了一种磁控化学遗传方法，通过交变磁场实现深部脑区的可控局部药物释放，继而选择性地神经调控。研究人员应用此项技术可以遥控调节小鼠类抑郁行为和社交行为。

该团队前期工作证明【1】，在高频磁场下，铁氧体磁性纳米颗粒通过磁热效应能够激发深度脑区（腹侧被盖区ventral tegmental area）的神经元活性。在该研究中，Anikeeva团队和斯坦福、瑞士苏黎世大学、哈佛大学多位学者合作进一步发展了该技术，开发出了这种磁控化学遗传方法，利用小区域磁控颗粒发热控制局部脑区化学调节，并成功应用于调控小鼠类抑郁行为和社交行为。

图1 磁控化学遗传方法机理示意图和载有磁性纳米颗粒脂质体形貌

磁控化学遗传法通过利用温度调控通透性的脂质囊泡，将磁性纳米颗粒和水溶性药物包裹在囊泡内部，组建成百纳米级别的磁性载药脂质体（图1）。在外界施加高频率交变磁场的情况下，磁性纳米颗粒能够在几秒钟内发热，将脂质体内局部温度提升5-6摄氏度，这样既不会造成组织的热损伤，又可以快速的将所载的药物局部释放；在磁场停止后，脂质体能够恢复初始通透性而不产生破损。通过优化磁场强度和磁场时间，可以做到多次重复的局部药物释放。

图2 磁控化学遗传方法调控小鼠类抑郁行为

研究人员利用病毒载体，在小鼠VTA脑区表达具有高度选择性的化学遗传学受体蛋白，将载有特异性小分子药物的磁性脂质体局部注射到相同脑区。在类抑郁行为学强迫游泳实验中，通过施加几十秒磁场，激发了小鼠自救的行为动机（图2）。在此基础上，与MIT麦戈文脑科学研究中心（McGovern Institute for Brain Research, MIT）同事合作，在小鼠特定脑区（NAc）利用磁控释放内源性表达蛋白的激动剂，提升了小鼠社交行为，这将对自闭症等研究提供良好的远程无线控制药物分子调控平台（图3）。

图3 磁控化学遗传方法调控小鼠社交行为

饶博士认为，该磁场控制化学调控技术将会是一个平台性技术手段。药物载体可以有广泛的选择，磁性纳米颗粒的热效应对高频磁场的频率和磁场强度有高度的选择性。在不远的将来，该团队有能力拓展该技术到大面积、多脑区、双向调控，这将进一步助力脑区环路的研究。该技术同时具有低侵入性、无线远程控制的优点，因此也将极大促进动物主体神经调控行为学的研究。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41565-019-0521-z

参考资料：

1. Chen, R., Romero, G., Christiansen, M. G., Mohr, A.& Anikeeva, P. Wireless magnetothermal deep brain stimulation. Science 347,1477–1480 (2015).

本文转载自BioArt（公众号）

题图：rfclipart.com

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