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Magnetischer Nanopartikel im Gehirn PDF Drucken E-Mail

Nanopartikel aus der Medizintechnik in Verbindung mit hochfrequten

Magnetfeldern zur drahtlosen Hirnbeeinflussung

 

It's time for a shake-up. There is a new way to stimulate a brain using tiny vibrating particles, and it was inspired by the proteins that let us taste spicy foods.

The technique is a twist on deep brain stimulation, which involves sticking electrodes into the brain to deliver rapid pulses of weak current. Such stimulation has shown promise for treating a range of disorders including Parkinson's, Alzheimer's disease, obsessive compulsive disorder and depression. But the need to open up someone's head to implant electrodes has made it a less than appealing treatment option.

Polina Anikeeva, a materials scientist at the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, wanted to take the electrodes out of the picture while also making deep brain stimulation better at targeting specific brain areas.

The chilli switch

Our nervous system is strewn with cellular receptors, called TRPV1 receptors, that are sensitive to heat and pain. Anikeeva wondered if something else could be used to fire up those receptors.

"Imagine eating a hot pepper and getting the sensation of burning on your tongue," says Anikeeva. "It's the same sensation you'd get by putting your tongue on a hot surface and the same protein is responsible for that sensation."

So instead of using electrodes, her team injected magnetic nanoparticles into a particular region in the brains of three mice. They then zapped the mice's brains with low radio-frequency magnetic fields.

The fields were applied first in one direction, then another, causing the nanoparticles to give off heat as they tried to realign with the field. That heat was then picked up by TRPV1 receptors on nearby neurons – causing them to fire and pass on electrical signals.

Wireless stimulation

A month later, the nanoparticles were still able to stimulate the brain. The team is now monitoring the mice to see how long the effects could last and how safe the technique is long term. The nanoparticles are already approved for use in people, for example, during MRI imaging and cancer treatment. "So far, there have been no side effects," she says.

Eventually, the team might be able to further refine the method by injecting different particles across regions of the brain. Each particle would respond to a separate amplitude and frequency of the magnetic field oscillation. That would allow someone to first stimulate one brain area, and then switch settings to stimulate another, and explore the effects.

The possibilities are exciting, says Ludvic Zrinzo at the University College London Institute of Neurology. However, he's sceptical that the technique could replace deep brain stimulation therapies – after all, injecting particles into the brain is still an invasive treatment, he says.

"Deep brain stimulation is a very simple method," says Zrinzo. "When you try and translate things into clinical practice, sometimes it's the simple things that work best."

Journal reference: Science, DOI: 10.1126/science.1261821

 

Übersetzung

Es ist Zeit für einen Shake-up. Es ist ein neuer Weg, um ein Gehirn zu stimulieren mit kleinen vibrierenden Partikeln, und es wurde von den Proteinen, die uns stark gewürzte Speisen schmecken lassen inspiriert.  

Die Technik ist eine Drehung auf die Tiefenhirnstimulation, die Klebeelektroden ins Gehirn handelt, um eine schnelle Impulse des schwachen Stroms zu liefern. Eine solche Stimulation hat Versprechen für die Behandlung einer Reihe von Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer-Krankheit, Zwangsstörung und Depression gezeigt. Aber die Notwendigkeit, jemandes Kopf zu Implantatelektroden eröffnen hat es eine weniger als Behandlungsoption ansprechend.

Polina Anikeeva, Materialwissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, wollte die Elektroden aus dem Bild zu machen und gleichzeitig soll die tiefe Hirnstimulation besser auf spezifische Hirnareale. 

 

Die Chili-Schalter 

Unser Nervensystem ist mit zellulären Rezeptoren, genannt TRPV1-Rezeptoren, die empfindlich auf Hitze und Schmerzen sind verstreut. Anikeeva fragte sich, ob etwas anderes könnte zu feuern diese Rezeptoren verwendet werden. 

"Stellen Sie sich vor dem Essen eine Paprika und immer das Gefühl von Brennen auf der Zunge", sagt Anikeeva. "Es ist das gleiche Gefühl, du würdest, indem Sie Ihre Zunge auf einer heißen Oberfläche und das gleiche Protein zu erhalten, ist für diese Empfindung verantwortlich." 

So anstelle von Elektroden, ihrem Team injiziert magnetischer Nanopartikel in einer bestimmten Region im Gehirn von drei Mäusen. Sie gezappt dann der Mäuse Gehirn mit geringen Radiofrequenzfeldern. 

Die Felder wurden zuerst in eine Richtung, dann noch angelegt, wodurch die Nanopartikel Wärme abgeben als sie versuchten, mit dem Feld neu ausrichten. Diese Wärme wird dann durch die TRPV1-Rezeptoren hob auf dem nahe gelegenen Nervenzellen - dass sie zu feuern und geben elektrische Signale um. 

Wireless-Stimulation 

Einen Monat später waren die Nanopartikel noch in der Lage, um das Gehirn zu stimulieren. Das Team ist nun die Überwachung der Mäuse, um zu sehen, wie lange die Auswirkungen könnte dauern und wie sicher die Technik ist langfristig. Die Nanopartikel sind bereits für die Verwendung beim Menschen während der MRI Bildgebung und Behandlung von Krebs geeignet, beispiels. "Bisher gab es keine Nebenwirkungen", sagt sie. 

Schließlich könnte das Team in der Lage, weiter zu verfeinern das Verfahren durch die Injektion von verschiedenen Teilchen in Regionen des Gehirns sein. Jedes Teilchen auf eine separate Amplitude und Frequenz des Magnetfeldes Schwingung reagieren. Das wäre jemand erlauben, erste stimulieren eine Hirnregion, dann schalten Sie die Einstellungen zu einem anderen zu stimulieren, und erkunden Sie die Auswirkungen. 

Die Möglichkeiten sind spannend, sagt Ludvic Zrinzo am University College London Institute of Neurology. Allerdings ist er skeptisch, dass die Technik konnte die tiefe Hirnstimulation Therapien zu ersetzen - immerhin Injektion Partikel in das Gehirn ist immer noch eine invasive Behandlung, sagt er. 

"Tiefe Hirnstimulation ist eine sehr einfache Methode", sagt Zrinzo. "Wenn Sie versuchen, zu übersetzen und die Dinge in die klinische Praxis, manchmal ist es die einfachen Dinge, die am besten zu arbeiten."

 

Hochfrequenz und Zellfunktionen Magnetfelder stören die Eisenaufnahme 

Ferritin ist ein Protein, das für die Speicherung von Eisen in den Zellen benötigt wird. Wenn hochfrequente Felder auf diese Proteine einwirken, verändern sich dessen Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit wird beeinträchtigt. Die Eisenaufnahme in die Käfige, die zur Speicherung dienen, wird signifikant vermindert.  

Ferritin ist ein so genanntes Käfigprotein, das als Bestandteil bei Raumtemperatur super paramagnetisches Ferrihydritent hält. In einer im letzten Jahr veröffentlichten Arbeit hatten Céspedes und Mitarbeiter festgestellt, dass in den Ferritin-Nanopartikeln in den Zellen die Energie (nicht die Temperatur) erhöht und dadurch die Funktionsfähigkeit verändert wird, wenn Magnetfelder einwirken (s. Elektrosmog Report 9/2009).  

Superparamagnetische Nanopartikel steigern ihre innere Energie, wenn sie hochfrequenten Magnetfeldern geringer Feldstärke ausgesetzt sind. Diese Energie übertragen sie auf den umgebenden Proteinkäfig, sodass der seine molekularen Eigenschaften und seine Funktion verändert. 

Die Energieübertragung erfolgt über Molekül - Vibrationen bzw. die Brownschen Molekularbewegungen, die mit steigender Einwirkzeit des Feldes die Proteinfunktion verändern. Nach 2 Stunden der Exposition eines Feldes von 30 μT bei 1 MHz ist die Eiseneinlagerungsrate in den Käfig bei 20 %.  

Die Experimente zeigen einen neuen Ansatz zur Erforschung der nicht-thermischen Wirkungen auf Lebewesen von elektroma-gnetischen Feldern auf molekularer Ebene. Das einwirkende Feld ist nicht stark genug, um die Struktur des Proteinkäfigs zu verändern, aber die eingetragene Energie kann die Molekularbewegungen beeinflussen.  

Als nächster Schritt wurde in diesem Experiment überprüft, ob diese Energieübertragung auf das Käfigprotein stark genug ist, um dessen Funktion zu verändern.  

Die biologische Funktion des Käfigproteins Ferritin ist, das schädliche Eisen Fe2+zu oxidieren, es damit unschädlich zu machen und es im Innern zu speichern und später wieder über Chelatoren (Chelate sind chemische Komplexe, die ein meist 2-wertiges, positiv geladenes Metall-Zentralatom einbinden) oder reduzierende Substanzen zu entlassen.  

In diesem Experiment konnte nachgewiesen werden, dass unter Einwirkung des Feldes die Fähigkeit des Ferritins, das Fe2+zu entgiften und es zu speichern, vermindert wird; und zwar umso mehr, je länger die Magnetfelder ein-wirkten.  

Die Temperatur wird während dessen nicht erhöht. Das eingelagerte Eisen nach 5 Stunden Einwirkung bei 30 μT und 1 MHz war gegenüber der Kontrolle. Wenn man die Magnetfelder auf Apoferritin (Proteinkäfig ohne Eisenpartikel) einwirkenlässt, sieht man keine verändernde Wirkung der Magnetfelder.  

Deshalb muss man aus diesen Experimenten schließen, dass die Magnetfelder die Wirkung nur dann haben, wenn im Innern des Käfigs superparamagnetische Eisen-Nanopartikel vorhanden sind, und die Stärke der Wirkung davon abhängt, wie viele Eisenpartikel das jeweilige Organ enthält. Der Eisengehalt ist bei verschiedenen Tierarten, Organen und Individuen unterschiedlich.  

Quelle: 

Céspedes O, Inomoto O, Kai S, Nibu Y, Yamaguchi T, Sakamoto N, Akune T, Inoue M, Kiss T, Ueno S (2010): Radio Frequency Magnetic Field Effects on Molecular Dynamics and Iron Uptake in Cage Proteins.Bioelectromagnetics 31, 311–317 

 

Magnetfeldwirkung Niederfrequenz Wirkung von Magnetfeldern auf die Blut-Hirn-Schranke 

Männliche Ratten, bei denen künstlich Diaetes mellitus erzeugt wurde, haben Veränderungen in dem Blut-Hirn-Schranke, dem Blutdruck und dem Körpergewicht, wenn sie mit 50-Hz-Magnetfeldern behandelt werden.  

Die Unterschiede sind signifikant gegenüber der scheinbehandelten Kontrollgruppe. Diabetes mellitus, die Zuckerkrankheit, ist auch eine Krankheit der Blutgefäße, aber man weiß wenig über die Auswirkungen auf die besonders beschaffenen Gefäße der Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor giftigen Stoffen schützen, aber es auch mit Nährstoffen versorgen müssen.  

Zudem ist das Gehirn beim Telefonieren nah an der Strahlungsquelle. Zur Klärung sollte hier an Ratten untersucht werden, ob länger einwirkende Magnetfelder, Insulin und eine Kombination von beide meine Veränderung in dem Blut-Hirn - Schranke hervorrufen.  

Strahlentelex mit Elektrosmog Report Fachinformationsdienst zur Bedeutung lektromagnetischer Felder für Umwelt und Gesundheit

16. Jahrgang / Nr. 7 www.elektrosmogreport.de, Juli2010  

Weitere Themen Kälberblindheit durch Mobilfunk, S. 2  

Ein Schweizer Landwirt hat über 10 Jahre dokumentiert, wie es zu Krankheiten bei Mensch und Tier kam, als ein Mobil-funksender installiert wurde. Die INTERPHONE-Studie ..., S. 3... sorgt weiterhin für Diskussionen. Neue Berechnungen wurden vorgenommen mit anderen Ergebnissen.  

Bienen und Mobilfunk, S. 3 Mobilfunkstrahlung kann zum Aussterben eines Bienenvol-kes führen, da das Bevorraten der Nahrung ausbleibt.  

Elektrosmog -Report 16(7) –Juli 2010 

Für diese Experimente wurden 53 erwachsene, 6 Monate alte männliche Ratten in 6 Gruppen eingeteilt:  

1.Scheinexponierte Kontrollgruppe

2.50-Hz-Magnetfeldexposition

3.Diabetes induziert mit Streptozotocin

4.Diabetes+Magnetfeld

5.Diabetes+Insulintherapie

6.Diabetes+Insulintherapie+Magnetfeld  

(Streptozotocin erzeugt Diabetes bei Ratten und Mäusen, in-dem es die Betazellen in der Bauchspeicheldrüse ausschaltet, wodurch kein Insulin mehr gebildet wird, der Zucker nicht mehr in die Zellen gelangt und folglich im Blut bleibt.) 

Die Tiere wurden täglich 30 Tage lang einem 50-Hz-Magnetfeld von 5 mT für 165 Minuten ausgesetzt. Während dieser und nach diesen 30 Tagen wurden die Tiere auf verschiedene Parameter untersucht: Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke, Blutdruck, Körpergewicht, Blutzuckerspiegel.  

Zu den Ergebnissen: Man konnte bei den Gruppen mit Diabetes beobachten, dass die Tiere starke Urinausscheidung und starken Durst hatten.  

Die Gehirne wurden in 3 Teile geteilt und getrennt untersucht: rechte und linke Hälfte des Großhirns und das Kleinhirn. Die Durchlässigkeit der Gefäße war im Kleinhirn bei allen Gruppen immer größer als bei den beiden Großhirnhälften. In den meisten Fällen war die Durchlässigkeit in der linken Hirnhälfte geringfügiggrößer als die der rechten, nur in Gruppe 5 und 6 war es umgekehrt.  

In allen 5 Testgruppen war die Durchlässigkeit höher als bei der Kontrollgruppe, am höchsten bei der 6. Gruppe (Diabetes +Therapie+Magnetfeld) in der rechten Hirnhälfte. Das zeigt, dass der durch die Chemikalie erzeugte Diabetes mellitus das Blut-Hirn-Schranke schwächt.  

Die Tiere der Gruppen1, 2 und 6 hatten zum Ende des Experiments ein signifikant höheres Gewicht als die 3 anderen Gruppen, bei denen das Gewicht am Ende geringer war als am Anfang. Das heißt, Magnetfelder und Insulin verhindern zu starken Gewichtsverlust. Bei den Blutzuckerkonzentrationen gab es am Anfang kaum Unterschiede zwischen den Gruppen (ca. 100 mg/dL), und bei den scheinbestrahlten Tieren (Gruppe 1) am Ende auch nicht. Bei Gruppe 2 war der Wert am Ende geringer als am Anfang.  

Bei den Gruppen 3 bis 6 war der Blutzucker am Ende signifi-kant angestiegen, am höchsten war der Anstieg in Gruppe 3 (ca. 500 mg/dL), am geringsten in Gruppe 6 (ca. 200 mg/dL). Das heißt, Insulin und Magnetfelder vermindern den Anstieg, am besten in der Kombination. Beim Blutdruck gab es in Gruppen 1 und 2 kaum Unterschiede zwischen Anfang und Ende (um 100 mmHg), während in den anderen 4 Gruppen eine signifikante Erhöhung gemessen wurde. Den höchsten Wert hatte Gruppe 3 (136 mm Hg).  

Zusammenfassend konnte man in diesen Experimenten feststellen, dass Diabetes mellitus und Magnetfelder die Durchlässigkeit das Blut-Hirn-Schranke erhöhen, und ihre Kombination verursacht einen stärkeren Anstieg. Insulin vermindert die Durchlässigkeit. Andererseits können Magnetfelder die Gewichtsabnahme, die Blutzuckerkonzentration und den Blutdruck positiv beeinflussen. Insulin und Magnetfelder zusammen könnten bei geeigneter Einstellung positive therapeutische Wirkungen haben.  

Quelle: 

Gulturk S, Demirkazik A, Kosar I, Cetin A, Dökmetas HS, Demir T (2010): Effect of Exposure to 50 Hz Magnetic Field With or Without Insulin on Blood Brain Barrier Permeability in Streptozotocin Induced Diabetic Rats. Bioelectromagnetics 31, 262–269