Полупроводниковые квантовые точки для стимуляции клеток мозга

При болезни Альцгеймера, эпилепсии и ряде других недугов возникает необходимость в неоперационных методах стимуляции клеток головного мозга. Думается, квантовые точки — одно из лучших решений этой задачи. Говорят, в не столь отдалённом будущем их будут использовать для реактивации повреждённых клеток сетчатки, с тем чтобы возвращать зрение слепым.

«Многие проблемы мозга связаны с несбалансированной активностью нейронов, — говорит Ли Линь из Вашингтонского университета в Сиэтле (США). — Манипулирование определёнными нейронами может восстановить нормальный уровень активности».

Существующие способы стимуляции мозговых клеток имеют ряд недостатков. Неверные сигналы, которые выдают нейроны пациента с паркинсонизмом, вызывая при этом тремор рук и головы, можно подавлять, но необходимые для этого электроды требуют вживления в мозг, осуществляемого хирургическим путём.

Метод магнитной стимуляции клеток. Он не нуждается в операции со вскрытием черепной коробки. Правда, при его использовании стимуляционному воздействию подвергается слишком много клеток, в том числе нормально функционирующие.

Другим исследователям удалось стимулировать генетически модифицированные клетки серого вещества потоком света, но много ли пациентов согласятся на генетическую модификацию своего мозга?



Механизм воздействия квантовых точек на нервную ткань человека (илюстрация NewScientist).

Высокочувствительные маленькие кусочки полупроводников диаметром всего в несколько нанометров, называемые квантовыми точками, предполагают иной подход к вопросу.

Вначале культуру раковых клеток, находящуюся на плёнке, исследователи из группы г-на Линя расположили максимально близко к квантовым точкам, после чего на последних направили световой поток. Световая энергия возбуждает поток электронов внутри каждой квантовой точки, что создаёт отрицательный заряд в районах вокруг них (см. схему). Это в свою очередь открывает ионные туннели в стенках раковых клеток, что позволяет ионам свободно выходить из клетки и возвращаться в неё.

В нервных клетках открытие ионных каналов — критический шаг создания потенциала действия, волны возбуждения, перемещающейся по мембране нервной клетки при передаче нервного сигнала. Повторив опыт на нервных клетках, учёные добились именно таких результатов.

Для доставки квантовых точек к клеткам мозга они будут вводиться в кровь пациенту.

Действительно значимой проблемой при стимуляции будет доставка света непосредственно к мозговым клеткам. Поэтому сейчас первые опыты проводятся с реактивацией нервных клеток сетчатки глаза, к которой свет доставить проще всего. Ещё один исследователь, Фред Рейке, специализирующийся как раз на заболеваниях сетчатки, отмечает, что здесь у квантовых точек большой потенциал, поскольку открытие ионных каналов — ключевой момент в передаче сигналов от сетчатки к головному мозгу.

Впереди дополнительные исследования, касающиеся выяснения возможной токсичности полупроводниковых частиц, но учёные настроены оптимистично, полагая, что им удалось нащупать технологию, которая в ближайшем будущем не только поможет решить теоретические вопросы, касающиеся биологии клеток, но и, хотелось бы верить, окажется практически полезной в лечении широкого спектра заболеваний.

Источник