V laboratořích Centra pro nanomedicínu Institutu pro základní vědu (IBS) a Yonseiské univerzity v Jižní Koreji se zrodila technologie s názvem Nano-MIND (Magnetogenetické rozhraní pro neurodynamiku). Tento revoluční přístup kombinuje genetické inženýrství, nanotechnologie a magnetická pole k bezdrátovému ovládání specifických mozkových okruhů.
„Toto je první technologie na světě, která umožňuje volně ovládat konkrétní oblasti mozku pomocí magnetických polí,“ informuje Jinwoo Cheon, ředitel Centra pro nanomedicínu IBS. Vědci očekávají, že tato technologie bude široce využívána ve výzkumu k pochopení mozkových funkcí, v sofistikovaných umělých neuronových sítích, obousměrných technologiích rozhraní mozek-počítač a v nových léčbách neurologických poruch.
Jak Nano-MIND funguje?
Představte si, že máte v mozku miniaturní magnetické spínače. Tyto spínače jsou ve skutečnosti specializované iontové kanály, které vědci geneticky vložili do specifických neuronů. Když se tyto neurony ocitnou v magnetickém poli, spínače se aktivují a mění chování neuronů.
Klíčem k úspěchu Nano-MIND je přesnost. Vědci mohou cílit na konkrétní typy neuronů v konkrétních oblastech mozku. To jim umožňuje studovat, jak různé části mozku ovlivňují chování, emoce a myšlení.
Nejprve navrhli genetický konstrukt obsahující gen pro specifický iontový kanál citlivý na magnetické pole. Tento konstrukt pak vložili do virového vektoru, který slouží jako „dopravní prostředek“ pro gen. Zásilka je zacílená na konkrétní neurony v určité oblasti pomocí přesné injekce. Virus infikuje neurony v cílové oblasti a dodá jim genetický materiál. Neurony začnou produkovat specifické iontové kanály citlivé na magnetické pole. K jejich aktivaci jsou však potřeba nanočástice.
Ovládání procesu zajišťují nanočástice
Zmíněné magnetické nanočástice se obvykle připravují z oxidů železa tak, aby byly biokompatibilní a mohly se specificky vázat na nově připravené iontové kanály.
Nanočástice mohou být opět injekčně aplikovány přímo do cílové oblasti mozku. Méně invazivní metodou je vstříknutí do krevního řečistě. V takovém případě ovšem musí na cestě do mozku překonat hematoencefalickou bariéru. To lze dosáhnout úpravou povrchu nanočástic speciálními molekulami nebo dočasným narušením hematoencefalické bariéry (např. použitím ultrazvuku). Další možností, ze které i trochu mrazí, je aplikace nanočástice prostým vdechnutím nosem, odtud se může dostat přímo do mozku. Tato metoda je méně invazivní, ale je také méně přesná.
Po dosažení cílové oblasti se nanočástice navážou na nově exprimované iontové kanály. Toto spojení umožňuje ovládat otevírání a zavírání kanálů pomocí externího magnetického pole. Změna magnetického pole ovlivní elektrickou aktivitu neuronů.
Od mateřského instinktu po chuť k jídlu
Výzkumníci demonstrovali sílu Nano-MIND na několika pozoruhodných experimentech s myšmi:
- Mateřský instinkt na vyžádání: Aktivací určitých neuronů v oblasti mozku zvané mediální preoptická oblast dokázali vědci u nemateřských samic myší vyvolat mateřské chování. Tyto myši začaly pečovat o mláďata, přestože samy nebyly matkami.
- Ovládání chuti k jídlu: Stimulací různých neuronů v laterálním hypothalamu byli vědci schopni zvýšit nebo snížit chuť k jídlu u myší. Jedna skupina myší zdvojnásobila svůj příjem potravy, zatímco druhá skupina snížila konzumaci o polovinu.
- Podpora sociálního chování: Nano-MIND také umožnila vědcům ovlivnit sociální chování myší, což by mohlo mít důležité implikace pro studium a potenciální léčbu poruch autistického spektra.
Etické otázky a budoucí výzvy
Nano-MIND technologie otevírá nové horizonty v neurovědě. Umožňuje vědcům studovat komplexní mozkové funkce s bezprecedentní přesností a kontrolou. To by mohlo vést k hlubšímu pochopení toho, jak mozek funguje, a potenciálně k vývoji nových léčebných postupů pro neurologické a psychiatrické poruchy.
Přestože Nano-MIND přináší vzrušující možnosti, vyvolává také důležité etické otázky. Schopnost ovládat mozkové funkce na dálku vyvolává obavy o soukromí a autonomii. Výzkumníci zdůrazňují, že technologie je v současné době určena pouze pro výzkumné účely a že jakékoli budoucí aplikace u lidí by musely projít přísnými etickými a bezpečnostními kontrolami.
Stojíme na prahu nové éry v neurovědě, kde hranice mezi sci-fi a realitou se stávají stále méně zřetelnými.
