Uurimuse juhtivautor Polina Anikeeva Massachusettsi tehnoloogiainstituudist võrdleb lahendust keelele tšillipipra puistamisega. Ainsa vahena on võimalik pipra söömisest tekkivat põletavat valu sekundipealt peatada. „Mehhanism on sama, kuna raku vastu kuuma triikrauda panemist ja pipra olemasolu registreerib sama valk. Kaltsiumikanal avatakse ja närvirakk hakkab signaali edastama. Retseptor TRPV1 on olemas aga ka mitmetel kesknärvisüsteemi moodustavatel rakkudel,“ selgitas materjaliteadlane. Ajurakke sobivalt kuumutades on seega võimalik neid käsu peale aktiveerida.

Seejuures saab seda nanoosakeste abil teha vedamata ajju täiendavaid kaableid või juhtmeid. Raudoksiid ehk lihtsustades rooste on magnetiline. „Kui sellest koosnevaid osakesi magnetväljaga piisavalt kaua mõjutada, lähevad need kuumaks. Sama efekti on kasutatud näiteks kasvajate hävitamiseks. Meie muidugi ei tahtnud rakusurma esile kutsuda ja ajurakke ära küpsetada,“ muigas Anikeeva. Nõnda disainis ta kolleegidega stabiilsed nanoosakesed, mis suudavad soojust hajutada. väga kiiresti

Lisaks konstrueeris ta kaaslastega vähiravis kasutatavast magnetvälja allikast veidi elegantsema ja väiksema võimsuse seadme. „Lõpptulemus võimaldab meil tekitada väga lühikesi magnetimpulsse, mis viib lühikeste kuumapisteteni. See paneb omakorda soojustundlikud ajurakud laenglema,“ lisas Anikeeva. Kuna samast materjalist nanoosakesi on uuritud juba umbes pool sajandit ja nende ohutuses on juba veendutud, võiks see kiirendada nende kasutuselevõttu inimestele suunatud teraapiates. Kui mitte aju, siis vähemalt jäsemete või siseorganite närvide aktiivuse mõjutamiseks.

Arendustöö peamiseks eesmärgiks oli leida siiski lahendus, mis võimaldaks mõjutada sügaval ajukoores selgelt piiritletud ajurakkude rühmi. Kuigi nende vetikatelt pärineva valkudega valgustundlikuks muutmine ja valgustamine ehk optogeneetika võimaldab seda väga kiiresti teha, on meetodi pioneeri Karl Deisserothi laboris töötanud Anikeeva sõnul omad piirangud.

„See on väga võimas meetod, kuid meil on vaja suunata ajurakkude aktiveerimiseks vajalik nähtav valgus sügavale ajju. See hõlmab organisse LED-lampide istutamist või valguskaabli siirdamist,“ nentis materjaliteadlane. Omad piirangud seab vajadus rakkude valgustundlikuks muutmiseks muuta geneetilist koodi, mis ei tule inimeste puhul vähemalt praegu kõne alla. Alternatiivselt on võimalik stimuleerida sügavamal asuvaid ajustruktuure elektriliselt, ent see hõlmab taas mõneti ohtlikku operatsiooni.

Anikeeva nendib, et omad puudused on ka uuel lahendusel. Alustuseks on selle üleüldse võimalikuks muutvad TRPV1 retseptorid oma suhteliselt laia leviku tõttu ka selle needuseks. Nanoosakeste kuumutamine võib tuua närvirakkude laenglema hakkamise ka piirkondades, mida stimuleerida ei soovita. „Kuid me teame, et meie käsutuses on potentsiaalselt ka teisi ioonkanaleid, mis on soojuse suhtes tundlikumad ja tundetumad kui TRPV1. Erinevate stimulatsioonitasemetega mängides saaks ebasoovitavat aktiivsust vähendada,“ mõtiskles materjaliteadlane.

Tulevik võiks tuua ka paari nanomeetrise läbimõõduga osakesed, mis võtaksid sihikule vaid teatud rakkude membraanid. Ajakirjas Science kirjeldatud katses süstiti nanorooste ajju peenikese nõela vahendusel. „Kuigi see polnud väga elegantne, polnud selle käigus tekkinud haaba mõne päeva pärast üldse näha. Nii nägid katsealused ikkagi välja tunduvalt normaalsemad, kuid näiteks hiired, kelle ajju on paigaldatud fiiberoptiline kaabel,“ lisas Anikeeva. Osakesed täitsid neile seatud eesmärki ka kuu pärast nende ajju viimist.

Viimaks nendib materjaliteadlane, et ajalise lahutusvõime osas on optogeneetikaga raske konkureerida. Kui valgustundlike rakkude aktiveerimiseks on vaja vaid neid valgustada, siis nanoosakeste kuumaks ajamine võib võtta sekundeid. „Kuigi see sõltub otseselt sellest, kui ilusad osakesed sa luua suudad, uurimuses kirjeldatud nanorooste puhul jääb lahutusvõime paar sekundi piirile. Närviprotsesside puhul võib rääkida millisekunditest. Töötame ka selles suunas – meie uue põlvkonna nanoosakesed võiksid kasvatada ajalist lahutusvõimet umbes viis korda,“ märkis Anikeeva.

Kuigi sarnaseid nanoosakesi ei kohta inimeste ajudes veel niipea, võiks lahendust kiiremini kasu tõusta rakendustes, milles mõjutatakse perifeerset närvisüsteemi. „Me võiksime stimuleerida jäsemete närvirakke ja organeid, kus pole meil pole kõrget ajalist lahutust nii väga vaja. Viimase paari aasta vältel on kogunud populaarsust piirdenärvisüsteemi modulatsioonina tuntud tegevusala, mis võimaldab närvide süstemaatilise stimuleerimisega ravida haiguslikke seisundeid, mida ei peeta ilmtingimata neuroloogilisteks,“ lisas materjaliteadlane.