Pesquisadores de nanomedicina desenvolvem nova tecnologia para controlar circuitos neurais usando campos magnéticos

Pesquisadores do Centro de Nanomedicina do Instituto de Ciências Básicas (IBS) e da Universidade Yonsei, na Coreia do Sul, revelaram uma tecnologia que pode manipular regiões específicas do cérebro usando campos magnéticos, potencialmente desvendando os segredos de funções cerebrais de alto nível, como cognição, emoção e motivação.

A equipe desenvolveu a primeira tecnologia Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics) do mundo, que permite modulação sem fio, remota e precisa de circuitos neurais cerebrais profundos específicos usando magnetismo. A pesquisa é publicada no periódico Natureza Nanotecnologia.

O cérebro humano contém mais de 100 bilhões de neurônios interconectados em uma rede complexa. Controlar os circuitos neurais é crucial para entender funções cerebrais superiores, como cognição, emoção e comportamento social, bem como identificar as causas de vários distúrbios cerebrais.

Novas tecnologias para controlar funções cerebrais também têm implicações no avanço das interfaces cérebro-computador (ICCs), como as que estão sendo desenvolvidas pela Neuralink, que visam permitir o controle de dispositivos externos apenas por meio do pensamento.

Embora os campos magnéticos sejam usados ​​há muito tempo em imagens médicas devido à sua segurança e capacidade de penetrar no tecido biológico, controlar com precisão os circuitos cerebrais com campos magnéticos tem sido um desafio significativo para os cientistas.

Pesquisadores do IBS desenvolveram com sucesso uma tecnologia de magnetogenética de ponta chamada Nano-MIND, que permite o controle sem fio e remoto de regiões cerebrais específicas para modular funções cerebrais complexas, como emoções, comportamentos sociais e motivação em animais. Essa tecnologia avançada alavanca campos magnéticos e nanopartículas magnetizadas para ativar seletivamente circuitos cerebrais alvos.

A principal inovação está na expressão seletiva de nanomagnetreceptores em tipos neuronais e circuitos cerebrais específicos, ativando-os com campos magnéticos rotativos em momentos precisos, permitindo o controle espaço-temporal da atividade neural.

Primeiro, a tecnologia Nano-MIND demonstrou sua capacidade ao ativar seletivamente receptores GABA inibitórios na área pré-óptica medial (MPOA), que é responsável por comportamentos maternos. A ativação desses neurônios em camundongos fêmeas não maternas aumentou significativamente os comportamentos de cuidado, como levar filhotes para o ninho, semelhante aos camundongos maternos.

Além disso, a tecnologia foi usada para regular comportamentos alimentares ao mirar circuitos de motivação no hipotálamo lateral. A ativação de neurônios inibitórios dentro dessas áreas resultou em um aumento de 100% no apetite e comportamentos alimentares em camundongos. Por outro lado, a ativação de neurônios excitatórios levou a uma redução de mais de 50% no apetite e comportamentos alimentares.

Esses resultados mostram que a tecnologia nano-MIND pode ativar seletivamente circuitos cerebrais desejados para modular bidirecionalmente funções cerebrais superiores, abrindo caminho para avanços na neurociência e potenciais aplicações terapêuticas.

O diretor Cheon Jinwoo do Center for Nanomedicine declarou: “Esta é a primeira tecnologia do mundo a controlar livremente regiões cerebrais específicas usando campos magnéticos. Esperamos que seja amplamente usada em pesquisas para entender funções cerebrais, redes neurais artificiais sofisticadas, tecnologias BCI bidirecionais e novos tratamentos para distúrbios neurológicos.”