Разработан способ дистанционного высвобождения гормонов. Почему это важно?

Полина Аникеева в своей лаборатории

Полина Аникеева в своей лаборатории
Кадр из видеопрезентации лауреата премии Вильчека. Изображение: The Vilcek Foundation / Youtube

Магнитные наночастицы.

Магнитные наночастицы.
Кадр из видеопрезентации лауреата премии Вильчека. Изображение: The Vilcek Foundation / Youtube

Магнитные наночастицы (обведены белым контуром) в надпочечниках.

Магнитные наночастицы (обведены белым контуром) в надпочечниках.
Изображение: авторы исследования / MIT

Полина Аникеева в своей лаборатории
Магнитные наночастицы.
Магнитные наночастицы (обведены белым контуром) в надпочечниках.

Исследователям давно известна связь между аномальной выработкой "гормонов стресса" (адреналин, норадреналин, кортизол) и тяжелыми психическими состояниями, такими как депрессия и посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). Однако технологии, использующиеся для изучения этих сложных процессов в живом организме, несовершенны – как и лечение таких состояний.

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) предложили новое решение: они разработали способ, позволяющий дистанционно контролировать высвобождение "гормонов стресса" из надпочечников. Такой подход поможет исследователям получать больше информации о влиянии гормонов на психику, а при успешном развитии событий – создать новый метод терапии гормонозависимых расстройств.

"Мы ищем способ изучения и, в конечном итоге, лечения стрессовых расстройств путем модуляции функций периферических органов, не требующий глубокого вмешательства в центральную нервную систему", – говорит наша бывшая соотечественница Полина Аникеева, выпускница Санкт-Петербургского политехнического университета, ныне профессор MIT сразу в нескольких областях: материаловедение, инженерия, электроника и когнитивные науки.

Сначала научная группа под руководством Аникеевой разработала особый материал, который можно вводить в живой организм и, в частности, в надпочечники: наночастицы магнетита (минерала на основе оксида железа). Фактически это магнитные кристаллы толщиной 1/5000 человеческого волоса. Под воздействием слабого магнитного поля наночастицы слегка нагреваются, активируя термочувствительные каналы, что запускает выделение гормонов. Подобный метод может использоваться для дистанционной стимуляции даже глубоко расположенных внутренних органов.

Отметим, что ранее лаборатория Полины Аникеевой в MIT разработала несколько магнитных наноматериалов, среди которых частицы, способные выпускать лекарственные препараты в определенное время в определенных участках тела.

Магнитные наночастицы.

Новое исследование посвящено идее лечения расстройств психики путем управления органами, не являющимися частью центральной нервной системы, однако влияющими на ее работу посредством гормонов. Самый известный пример такого влияния – ось "гипоталамус-гипофиз-надпочечники", которая регулирует реакцию на стресс у млекопитающих. Выделяемые надпочечниками гормоны, среди которых кортизол и адреналин, играют важную роль в формировании депрессии, стресса и тревожных состояний.

"Некоторые расстройства, которые мы считаем неврологическими, можно лечить "на периферии", если мы научимся модулировать локальные контуры без вмешательства в глобальный контур центральной нервной системы", – говорит Аникеева.

Для стимуляции высвобождения гормонов ученые решили использовать ионные каналы, контролирующие поступление кальция в клетки надпочечников. Один из способов активации ионных каналов – нагрев до температуры выше физиологической. Когда кальций через открытые каналы проникает в клетки надпочечников, клетки начинают выбрасывать гормоны.

"Для регулировки выброса гормонов мы должны, по сути, иметь возможность регулировать приток кальция в клетки надпочечников", – поясняет Декель Розенфельд (Dekel Rosenfeld), постдок в научной группе Аникеевой, разработчик магнитных наночастиц.

В экспериментах на крысах исследователи обнаружили, что наночастицы можно вводить непосредственно в надпочечники, где они сохраняются около полугода. Когда крысы подвергались воздействию слабого магнитного поля (около 50 миллитесла, что в 100 раз слабее мощности поля при магнитно-резонансной томографии), частицы нагревались примерно на 6 градусов Цельсия. Этого оказалось достаточно для активизации кальциевых каналов без повреждения окружающих тканей.

Магнитные наночастицы (обведены белым контуром) в надпочечниках.

Основной мишенью исследователей был термочувствительный ионный канал, известный как TRPV1 – рецептор, который реагирует на воздействие температуры выше 43 градусов Цельсия и на капсаицин (органическое соединение, отвечающее за жгучесть острого перца). В переводе на язык нашего тела – на воспаление и боль.

Стимуляция вызвала гормональный прилив: выработка кортизола удвоилась, уровень норадреналина вырос примерно на 25%. Это выразилось также в значительном увеличении частоты сердечных сокращений у подопытных крыс.

В дальнейшем исследователи планируют использовать свой метод для изучения влияния гормонов на ПТСР и другие расстройства психики, а также надеются его адаптировать для терапии подобных гормонозависимых расстройств. Новая разработка предлагает гораздо менее инвазивную альтернативу существующим подходам, таким как, например, установка устройства для электрической стимуляции выработки гормонов. Кроме того, стоит отметить, что имплантация каких бы то ни было жёстких устройств в такие "нежные", насыщенные кровеносными сосудами органы как надпочечники, невозможна.

Другая потенциальная область применения новой разработки – лечение боли, в том числе хронической, поскольку термочувствительные ионные каналы присутствуют и в болевых рецепторах. По словам Аникеевой, со временем этот метод может стать альтернативой лекарствам и имплантатам, а в перспективе использоваться для лечения заболеваний других органов, таких как пищеварительная система или поджелудочная железа.

Ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, что справиться с депрессией мужчинам помогает тестостероновая терапия. Кроме того, в некоторых случаях справиться с депрессией позволяют горячие ванны.