Neuromodulation sans fil in vitro et in vivo par TRPC intrinsèque

Communications Biology volume 5, Article number: 1166 (2022) Citer cet article

1827 accès

1 Citations

19 Altmétrique

Détails des métriques

Diverses méthodes magnétiques de stimulation cérébrale profonde (DBS) se sont développées rapidement au cours de la dernière décennie pour minimiser le caractère invasif de la DBS. Cependant, les méthodes DBS magnétiques actuelles, telles que la stimulation magnétothermique et magnétomécanique, nécessitent une surexpression des canaux ioniques exogènes dans le système nerveux central (SNC). Il n'est pas clair si la stimulation magnétomécanique peut moduler ou non les neurones du SNC non transgéniques. Ici, nous révélons que le couple de nanodisques magnétiques avec un champ magnétique alternatif faible et lent (50 mT à 10 Hz) pourrait activer les neurones à travers les canaux canoniques potentiels des récepteurs transitoires intrinsèques (TRPC), qui sont des canaux ioniques mécanosensibles largement exprimés dans le cerveau. L'immunomarquage avec c-fos montre l'augmentation de l'activité neuronale par DBS sans fil avec approche magnétomécanique in vivo. Dans l'ensemble, cette recherche démontre une approche magnétomécanique basée sur des nanodisques magnétiques qui peut être utilisée pour la stimulation neuronale sans fil in vitro et la DBS non attachée in vivo sans implants ni manipulation génétique.

La stimulation cérébrale profonde électrique conventionnelle (DBS) a été utilisée pour traiter les troubles neurologiques, en particulier les troubles moteurs comme la maladie de Parkinson, les tremblements essentiels et d'autres maladies1. Cependant, l'utilisation de la stimulation électrique nécessite des implantations chroniques invasives d'électrodes dans les régions cérébrales profondes2. Pour minimiser le caractère invasif de la DBS, des approches d'accumulation, y compris des approches de modulation neuronale optique3, acoustique4 et électromagnétique5, ont été développées. L'optogénétique utilisait la lumière pour activer les opsines sur les types de cellules cibles. Mais les lumières peuvent être dispersées et absorbées facilement par les tissus biologiques. L'implantation de fibre optique est nécessaire pour délivrer des lumières dans les tissus profonds. L'approche acoustique avec ultrasons, comme la sonogénétique et la stimulation par ultrasons focalisés, peut moduler l'activité neuronale sans implants matériels. Mais les ondes ultrasonores peuvent être diffusées, réfléchies et déformées par les crânes et les os. De plus, le montage de sondes à ultrasons avec une fenêtre crânienne aqueuse est nécessaire dans la stimulation neuronale acoustique. Parmi toutes les approches physiques, seuls les champs magnétiques peuvent pénétrer dans le cerveau sans absorption ni diffusion6. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une approche de stimulation neuronale non invasive utilisant des champs magnétiques puissants (>1 T) pour induire des courants électriques dans le cerveau. Les champs magnétiques puissants utilisés par le TMS peuvent provoquer des effets secondaires indésirables tels que des contractions musculaires, des douleurs faciales et d'autres inconforts7. L'application clinique de TMS est limitée à la stimulation corticale qui ne peut pas être utilisée pour DBS. Au cours de la dernière décennie, l'utilisation de champs magnétiques faibles pour les DBS magnétiques sans fil a été réalisée en utilisant des approches de modulation neuronale à base de nanoparticules magnétiques8,9,10,11,12,13.

La chaleur dissipée des nanoparticules magnétiques par perte de puissance hystérétique avec application de champs magnétiques alternatifs à radiofréquence (100 kHz à 1 MHz) a été utilisée en magnétothermogénétique9. Pour manipuler l'activité neuronale avec des stimulations magnétothermiques, le canal cationique thermosensible, le potentiel de récepteur transitoire vanilloïde 1 (TRPV1) ou le canal anionique thermosensible, l'anoctamine1, ont été surexprimés dans les neurones cibles9,10,13. La DBS sans fil avec magnétothermogénétique a été démontrée chez des souris en mouvement libre in vivo. La DBS magnétique au noyau sous-thalamique (STN) avec la magnétothermogénétique pourrait sauver les comportements anormaux chez les souris atteintes de la maladie de Parkinson13. Dernièrement, une autre approche magnétique, la stimulation magnétomécanique, a été démontrée à la fois dans le système nerveux périphérique (SNP) et le système nerveux central (SNC). Dans cette approche, la force mécanique du couple de nanoparticules magnétiques ou de nanodisques magnétiques lors de champs magnétiques faibles et lents a été utilisée pour stimuler l'activité neuronale sans fil. Dans le SNP, les canaux ioniques mécanosensibles, Piezo1/2 et TRPV4, sont fortement exprimés dans les neurones sensoriels14. Une étude a montré que le couple de nanodisques magnétiques d'environ 250 nm dans un champ magnétique à variation faible et lente (<25 mT à 5 Hz) pouvait induire des réponses au Ca2+ dans les neurones mécanosensibles des ganglions primaires de la racine dorsale (DRG)11. Contrairement au SNP, le niveau d'expression de Piezo1/2 dans les neurones du SNC est très faible. En magnétomécanogénétique, Piezo1 était surexprimé dans les neurones cibles du cerveau. Ces neurones exprimant Piezo1 pourraient être stimulés par le couple de nanoparticules magnétiques de 500 nm avec un champ magnétique de 20 mT à 0,5 Hz12. Cependant, tant en magnétothermogénétique qu'en magnétomécanogénétique, les effets secondaires potentiels de la surexpression de gènes exogènes restent encore inconnus. Les vecteurs viraux pour la délivrance de gènes dans les applications cliniques ont également soulevé des problèmes de sécurité15,16. Par conséquent, dans cette étude, nous avons développé une approche non génétique pour éliminer la nécessité de la délivrance de gènes.

Le potentiel canonique des récepteurs transitoires (TRPC) est une famille de canaux cationiques non sélectifs qui est fortement exprimé dans diverses régions du cerveau. Il existe 3 sous-groupes : TRPC1/4/5, TRPC2 et TRPC3/6/7. Parmi eux, les mammifères TRPC1, 5 et 6 sont mécanosensibles et jouent un rôle dans les réponses stimulées par l'étirement17,18,19. Le TRPC joue de multiples rôles fonctionnels dans les neurones dans des conditions physiologiques et pathologiques20,21,22,23, y compris le développement des neurones, l'apprentissage, la mémoire et les comportements liés à la peur22,24. Le TRPC est impliqué dans diverses maladies neurologiques, telles que la maladie de Parkinson25, la maladie de Huntington26 et l'AVC ischémique27. En comparaison avec Piezo1/2, le TRPC nécessite une force mécanique plus élevée pour être activé28. Il n'est pas clair si la stimulation magnétomécanique peut activer le TRPC intrinsèque. Dans cette étude, nous émettons l'hypothèse que les réponses neuronales induites par TRPC intrinsèques pourraient être déclenchées par une stimulation magnétomécanique légèrement plus forte que celle utilisée pour activer Piezo1 exogène dans des études précédentes11,12. Qui peut être utilisé pour la modulation neuronale in vitro et in vivo (Fig. 1a). Pour transmettre la force mécanique aux neurones, des nanodisques de magnétite (Fe3O4) (MND) décrits précédemment ont été utilisés dans cette étude11. En l'absence de champs magnétiques, les états de vortex des MND avaient une meilleure stabilité colloïdale dans la solution. Dans des champs magnétiques faibles à basse fréquence, la force mécanique générée par le couple des MND peut activer les canaux ioniques mécanosensibles sur la membrane cellulaire11.

a Schéma de la stimulation magnétomécanique à l'aide de MND. Images TEM de MND (b) et HND (c) revêtus de PMAO avec 6 % de H2O dans la solution de réaction à la première étape de la réaction. Images TEM de MND (d) et HND (e) revêtus de PMAO avec 8 % de H2O dans la solution de réaction à la première étape de la réaction. f Diamètre des nanodisques mesuré à partir d'images TEM (Tous les groupes, n = 10). g Épaisseur des nanodisques mesurée à partir d'images TEM (Tous les groupes, n = 10). L'analyse statistique du diamètre et de l'épaisseur est présentée dans le tableau S1-3. h Spectres XRD de MND et de HND dans différentes conditions. i Le potentiel zêta des MND revêtus de PMAO (n = 12) et des HND (n = 9). p = 0,917, test de Mann-Whitney. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± la moyenne standard de l'erreur (sem).

Des nanodisques de magnétite superparamagnétiques (MND) ont été utilisés comme nanotransducteurs pour les stimulations neuronales magnétiques. Les nanodisques de magnétite anisotrope ont été synthétisés par un protocole de synthèse en deux étapes décrit précédemment11 (Fig. S1a). Dans la première étape, les nanodisques d'hématite non magnétique (α-Fe2O3) (HND) ont été synthétisés par méthode solvothermique dans un réacteur autoclave à 180 °C. Ensuite, les MND ont été préparés en réduisant les HND tout en conservant les mêmes tailles. La taille des HND et MND uniformes peut être ajustée par la concentration de H2O dans la solution de la première étape de réaction (Fig. 1b – e, S1b). Les diamètres des HND étaient de 282,8 ± 10,2 nm et 221,0 ± 4,2 nm avec respectivement 6% et 8% (v/v) H2O dans la première étape de réaction. Les diamètres des MND étaient de 280, 0 ± 5, 9 nm et 212, 4 ± 7, 0 nm lorsqu'ils étaient respectivement utilisés à 6% et 8% (v / v) H2O dans la première étape de réaction (Fig. 1f-g). Les tailles et les géométries des HND et des MND issus du même processus de synthèse étaient similaires (Fig. 1f, g, Tableau S1–3). Les spectres de diffraction des rayons X (XRD) montrent que les HND de la première étape ont été entièrement réduits en MND (Fig. 1h). De même, les courbes d'aimantation montrent que les HND ne peuvent pas être magnétisés avec l'application d'un champ magnétique externe (Fig. S1c). Contrairement aux HND, les MND peuvent être magnétisés par un champ magnétique externe. Les moments magnétiques des MND calculés à partir du résultat VSM sont de 8,7 × 10−16 Am2. Par conséquent, pour examiner la fonction des MND dans la stimulation neuronale, les HND non magnétiques ont été utilisés dans des groupes témoins négatifs. D'après les calculs d'une étude précédente, une force mécanique plus importante pourrait être générée par des nanodisques magnétiques plus grands11. Ainsi, nous avons utilisé des nanodisques de plus grand diamètre (> 250 nm) pour la stimulation magnétomécanique dans des neurones de type sauvage non transgéniques (Fig. 1b, c). Pour fonctionnaliser les nanodisques, tous les MND et HND pour la stimulation neuronale ont été recouverts de poly(anhydride maléique-alt-1-octadécène) (PMAO)11. Les nanoparticules chargées négativement pourraient favoriser la fixation des nanodisques aux cellules neuronales excitables29. Le potentiel zêta des nanodisques revêtus de PMAO était de -53, 5 ± 3, 7 mV pour les MND et de -54, 5 ± 2, 3 mV pour les HND (Fig. 1i). Les MND revêtus de PMAO et les HND revêtus de PMAO ont été utilisés pour la stimulation neuronale magnétomécanique et les groupes témoins de cette étude, respectivement.

Ensuite, des MND ou des HND (70 μg/ml) ont été appliqués sur les neurones primaires en culture de l'hippocampe. L'image au microscope électronique à balayage (SEM) montre que les MND et les HND étaient attachés à la membrane des neurones primaires de l'hippocampe (Fig. 2a, b). Avec l'enregistrement de cellules entières, nous n'avons observé aucune différence significative du potentiel de membrane au repos entre les neurones avec et sans MND et HND chargés négativement (Fig. S2a-d). Il n'y avait pas non plus de différences significatives dans les autres propriétés intrinsèques entre les groupes (Fig. S2e, f). Un appareil magnétique conçu sur mesure pour microscope à fluorescence a été utilisé pour la stimulation magnétique sous microscope droit (Fig. 2c). Dans la simulation FEMM (Finite Element Method Magnetics), un champ magnétique homogène de 50 mT a été généré au centre de la bobine conçue sur mesure avec une application de courant de 3 A (Fig. 2d, en haut). Ce qui est très similaire aux 50 mT mesurés à partir de la bobine réelle avec un courant de 2,8 A (Fig. 2d, en bas). Nous n'avons pas observé d'augmentation évidente de température (∆T = 0,20 ± 0,23 °C) avec l'application continue d'un courant de 3 A pendant 2 min. Les activités neuronales ont été mesurées en utilisant l'indicateur Ca2+, Fluo-4. Nous avons constaté que lorsque nous appliquions des MND aux neurones primaires en culture, une stimulation magnétique de 50 mT à 10 Hz pouvait induire des réponses Ca2+ dans les neurones (Fig. 2e, g, h). En revanche, le champ magnétique avec la même condition ne peut induire aucune réponse Ca2+ dans les groupes témoins avec application de HND (Fig. 2f – h).

Images SEM des MND (a) et HND (b) sur la membrane des neurones en culture. c Schéma de l'appareil magnétique pour microscope à fluorescence. à droite, la dimension de la bobine sur mesure. d Cartes thermiques des champs magnétiques générés par la bobine. en haut, simulation FEMM de la bobine avec un courant de 3 A. en bas, le champ magnétique mesuré à l'intérieur de la bobine avec un courant continu de 3 A. Cartes couleur de l'intensité de fluorescence des neurones avec application MND (e) ou HND (f). Un champ magnétique de 50 mT à 10 Hz a été appliqué pendant 30 s. g Traces moyennes des réponses Ca2+ par stimulation par champ magnétique. Ligne rouge, groupe MND (n = 19/3 (neurones/échantillons) ); Ligne noire, groupe HND (n = 13/3) ; Zone claire, sem h Changement maximal des réponses Ca2+ dans différents groupes (MND, n = 19/3 (neurones/échantillons) ; HND, n = 13/3). ***p < 0,001, test de Mann-Whitney. Les traces moyennes des réponses neuronales Ca2+ induites magnétiquement qui ont été stimulées par différentes fréquences à 1 Hz (i, n = 46/6 (neurones/échantillons)), 5 Hz (j, n = 30/6), 10 Hz (k, n = 19/6), ou 20 Hz (l, n = 18/6). Dans chaque fréquence, l'intensité du champ magnétique a été séquentiellement augmentée de 10 à 50 mT. Les zones grises sont sem Les zones de couleur indiquent les périodes de stimulation magnétique à 10 (bleu), 20 (cyan), 30 (vert), 40 (rose) et 50 mT (orange). m Le maximum ΔF/F0 à différentes conditions (1 Hz, n = 46/6 (neurones/échantillons)) ; 5 Hz, n = 30/6 ; 10 Hz, n = 19/6 ; 20 Hz, n = 18/6. F = 9,639, p < 0,001 pour l'intensité du champ, F = 6,155, p < 0,001 pour les fréquences ; F = 1,459, p = 0,11 pour l'interaction des fréquences et des intensités. ANOVA à deux facteurs. ***p < 0,001, test post-hoc de Tukey. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± sem

Pour identifier la condition optimale pour la stimulation magnétomécanique avec des mécanocapteurs intrinsèques, nous avons comparé les réponses neuronales dans les champs magnétiques avec différentes fréquences et intensités de champ. Les champs magnétiques alternatifs de 1 à 20 Hz ont été utilisés pour induire des réponses Ca2+ dans des neurones en culture avec MND (70 μg/ml). À différentes fréquences, les intensités du champ magnétique ont été augmentées séquentiellement de 10 mT à 50 mT (Fig. 2i – l, S3). Nous avons constaté que les réponses Ca2 + avec une simulation de 50 mT étaient significativement plus importantes que les autres intensités de champ magnétique de 10 à 40 mT (Fig. 2m). Les réponses Ca2+ à 5 à 20 Hz étaient significativement plus grandes que les réponses à 1 Hz. Ces résultats indiquent que le couple des MND était suffisamment important pour déclencher une activité neuronale avec une stimulation magnétique de 50 mT.

Lorsque des neurones stimulés à 50 mT avec des fréquences différentes (Fig. 3a – d), nous avons constaté que les stimulations à 10 et 20 Hz induisaient des réponses Ca2+ plus importantes que les stimulations à 1 et 5 Hz (Fig. 3e). Une stimulation à 10 Hz pourrait activer plus de population cellulaire que d'autres conditions (Fig. 3f). En revanche, la stimulation magnétique avec l'application de HND ne peut induire aucune réponse dans les neurones dans toutes les conditions (Fig. S4a). Ces résultats indiquent que 50 mT à 10 Hz était la condition optimale pour activer les neurones avec une stimulation magnétomécanique. De plus, lorsque nous avons appliqué la stimulation magnétique à plusieurs reprises pendant 4 fois, nous avons observé plusieurs réponses Ca2+ dans les neurones en culture à toutes les fréquences (Fig. 3a – d, S4). Après stimulation magnétique répétée 4 fois, la viabilité cellulaire a été testée avec de l'iodure de propidium, une petite molécule fluorescente qui ne peut pénétrer que dans la membrane cellulaire des cellules mortes mais pas des cellules vivantes30. Nous n'avons observé aucune mort cellulaire après stimulation à différentes fréquences dans les neurones traités par les MND ou les HND. (Fig. 3g, h).

Stimulations multiples avec 50 mT à 1 Hz (a, n = 32/6 (neurones/échantillons)), 5 Hz (b, n = 51/6), 10 Hz (c, n = 52/6) ou 20 Hz (d, n = 34/6). en haut, carte thermique des réponses Ca2+ dans les neurones individuels. Les cellules sous les lignes blanches en pointillés ont été activées pendant les stimulations. en bas, les traces moyennes de fluorescence changent. Les zones orange clair indiquent les périodes de stimulation magnétique. Ligne rouge, groupe MND. Ligne noire, groupe HND. Zone rose et grise, sem e Le changement maximal de fluorescence à différentes fréquences (1 Hz, n = 32/6 (neurones/échantillons) ; 5 Hz, n = 51/6 ; 10 Hz n = 52/6 ; 20 Hz, n = 34/6). F = 1,050, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. f Le taux d'activité cellulaire de chaque échantillon de culture à différentes fréquences (Tous les groupes, n = 6). F = 8,208, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. *p < 0,05, ***p < 0,001, test post-hoc de Dunn. g Traitements PI dans les neurones avec MND après stimulation magnétomécanique à 10 Hz. Vert, Fluo-4 ; Rouge, IP. h Quantifier le dosage des morts-vivants avec des stimulations à différentes fréquences (Tous les groupes, n = 6). F = 0,003, p = 0,995 pour la fréquence ; F = 0,003, p = 0,862 pour le type de nanodisques ; F = 0,022, p = 0,995 pour l'interaction entre les fréquences et les nanodisques, ANOVA à deux voies. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± sem

Il existe plusieurs canaux cationiques de mécanodétection exprimés dans les cellules de mammifères. y compris Piezo1/2, TRPC, TRPV4, ASIC331,32. Parmi eux, TRPC et TRPV4 sont rapportés dans le CNS31. En revanche, Piezo1/2 et ASIC3 sont principalement exprimés dans le PNS32. Pour étudier le mécanisme des réponses médiées par le MND, une approche pharmacologique a été utilisée pour disséquer les canaux ioniques impliqués dans les réponses magnétiques stimulées dans les neurones de l'hippocampe. Dans les sous-familles TRPC, TRPC1, 5 et 6 sont signalés comme canaux cationiques mécanosensibles17,18. Nous avons constaté qu'un bloqueur spécifique pour les sous-familles TPRC, SKF-96365 (50 μM), éliminait les réponses Ca2+ induites par magnétomécanique (Fig. 4a, e, f, S5a, b). En outre, d'autres bloqueurs TRPC non spécifiques ont également été utilisés pour examiner la contribution de TRPC, notamment GsMTx4, d-GsMTx4 (5 μM) et borate de 2-aminoéthoxydiphényle (2-APB). GsMTx4 et d-GsMTx4 sont respectivement des antagonistes de Piezo1 et Piezo2. Ils sont également des antagonistes de TRPC1,5 et 619. Le 2-APB est un antagoniste de TRPC et un agoniste de TRPV1-3, mais insensible à TRPV433. Semblable à SKF-96365, tous les bloqueurs TRPC, y compris GsMTx4 (5 μM), d-GsMTx4 (5 μM) et 2-APB (100 μM), ont pu éliminer les réponses induites par magnétomécanique dans les neurones de l'hippocampe (Fig. 4b–f, S5a, b). Ces résultats indiquent que le TRPC intrinsèque dans les neurones de l'hippocampe joue un rôle essentiel dans les stimulations magnétomécaniques.

Les réponses Ca2+ par stimulation magnétomécanique multiple avec application de bain de SKF-96365 à 50 μM (a, n = 26/6 (neurones/échantillons)), GsMTx4 à 5 μM (b, n = 19/6), d-GsMTx4 à 5 μM (c, n = 19/6) et 2-APB à 100 μM (d, n = 36/6). Les stimulations magnétiques sont de 50 mT à 10 Hz pendant 30 s. Les intervalles inter-stimulation sont de 60 s. en haut, carte thermique des réponses des cellules individuelles. Les cellules sous les lignes blanches en pointillés ont été activées pendant les stimulations. en bas, les changements moyens de fluorescence. Les zones orange clair indiquent les périodes de stimulation magnétique. Les zones grises sont sem e Modifications maximales de la fluorescence des neurones traités par les MND avec différents bloqueurs TRPC lors de la première stimulation magnétique (Contrôle, n = 52/6 (neurones/échantillons) ; SKF-96365, n = 26/6 ; GsMTx4, n = 19/6 ; d-GsMTx4, n = 19/6 ; 2-APB, n = 36/6). F = 146,799, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. f Le taux d'activité cellulaire des neurones traités par les MND avec différents bloqueurs TRPC lors de la première stimulation magnétique (Tous les groupes, n = 6). F = 29,017, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. **p < 0,01, ***p < 0,001, par rapport au groupe témoin ; Test post-hoc de Dunn. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± sem

Ensuite, le rôle de TRPV4, un autre canal ionique mécanosensible, dans la stimulation magnétomécanique des neurones de l'hippocampe a été étudié en appliquant un bloqueur spécifique de TRPV4, HC-06704711. Nous avons constaté que HC-067047 (1 μM) ne pouvait pas moduler les réponses médiées par MND (Fig. 5a, f, g, S5c, d). Cela indique que les réponses magnétiques stimulées n'étaient pas médiées par TRPV4. Le bloqueur de canal sodique voltage-dépendant (VGSC), la tétrodotoxine (TTX; 100 nM), a été utilisé pour déterminer si les potentiels d'action étaient impliqués dans les réponses Ca2+ induites par magnétomécanique. Les réponses Ca2+ induites par la première stimulation et les activités cellulaires sont presque éliminées avec l'application de TTX (Fig. 5b, f, g). Ce résultat indique que l'activation de TRPC stimulée magnétomécaniquement pourrait induire des potentiels d'action dans les neurones. Fait intéressant, les changements de fluorescence maximum et le rapport d'activité cellulaire de la stimulation multiple ont été considérablement réduits mais pas complètement abolis par l'application de TTX (Fig. S5c, d). Ces réponses Ca2+ indépendantes de TTX pourraient être apportées par d'autres canaux Ca2+ indépendants du potentiel d'action. Le TRPC est connu comme un canal ionique cationique non spécifique avec une perméabilité au Ca2+. Les réponses Ca2+ indépendantes de TTX pourraient être apportées par TRPC seul ou par d'autres canaux Ca2+ voltage-dépendants (VGCC). Parmi tous les VGCC, le VGCC de type T et le CaV1.3 du VGCC de type L sont des canaux ioniques activés à bas seuil. Pour déterminer si les VGCC sont impliqués dans les réponses stimulées magnétomécaniques, des antagonistes des VGCC de type L et de type T ont été appliqués lors de multiples stimulations magnétomécaniques. La nifédipine et le mibefradil sont communément appelés respectivement antagoniste spécifique du VGCC de type L et antagoniste spécifique du VGCC de type T. Cependant, de plus en plus de preuves montrent qu'il s'agit d'antagonistes non spécifiques qui peuvent bloquer à la fois le VGCC34 de type L et de type T. En utilisant la nifédipine (10 μM)35, il n'y avait presque pas de réponses Ca2+ avec de multiples stimulations magnétiques (Fig. 5c, f, g, S5c, d). De même, avec l'application de mibefradil (3 μM)36, les réponses de Ca2+ par stimulation magnétique multiple ont été significativement réduites (Fig. 5d, f, g, S5c, d). Ces résultats indiquent que l'activation TRPC induite par magnétomécanique pourrait déclencher VGCC. Les réponses Ca2+ indépendantes de TTX pourraient ne pas être dues à l'influx de Ca2+ via TRPC seul. Enfin, avec une solution extracellulaire sans Ca2+, toutes les réponses Ca2+ induites par magnétomécanique ont été éliminées (Fig. 5e – g, S5c, d). Ces résultats indiquent que ces réponses de Ca2+ ont été contribuées par l'influx de Ca2+ de la solution externe (Fig. 5h). Dans l'ensemble, à partir de l'étude pharmacologique, nous avons constaté que le couple de MND généré par un champ magnétique alternatif peut induire un afflux de Ca2+ à partir d'une solution externe. Qui étaient principalement causés par les VGCC et les potentiels d'action dans les neurones en culture. Les expériences SKF-96365, GsMTx4, d-GsMTx4 montrent que ces réponses stimulées magnétomécaniques étaient principalement médiées par le TRPC intrinsèque (Fig. 4a – f, S5a, b).

Les réponses Ca2+ par stimulation magnétomécanique multiple avec application de bain de HC-067047 à 1 μM (a, n = 38/6 (neurones/échantillons)), TTX à 100 nM (b, n = 44/6), Nifédipine à 10 μM (c, n = 107/6), Mibefradil à 3 μM (d, n = 50/7) et solution sans Ca2+ (e, n = 79/8). Les stimulations magnétiques sont de 50 mT à 10 Hz pendant 30 s. Les intervalles inter-stimulation sont de 60 s. en haut, carte thermique des réponses des cellules individuelles. Les cellules sous les lignes blanches en pointillés ont été activées pendant les stimulations. en bas, les changements moyens de fluorescence. Les zones orange clair indiquent les périodes de stimulation magnétique. Les zones grises sont sem f La fluorescence maximale change à la première stimulation magnétique (contrôle, n = 52/6 (neurones/échantillons) ; HC-067047, n = 38/6 ; TTX, n = 44/6 ; nifédipine, n = 107/6 ; mibefradil, n = 50/7 ; sans Ca2+, n = 79/8). F = 135,911, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. g Le taux d'activité cellulaire à la première stimulation magnétique (Contrôle, n = 6 ; HC-067047, n = 6 ; TTX, n = 6 ; Nifédipine, n = 6 ; Mibefradil, n = 7 ; Sans Ca2+, n = 8 ). F = 30,674, p < 0,001, test de Kruskal-Wallis. h Schéma du mécanisme des réponses médiées par MND. **p < 0,01, ***p < 0,001, par rapport au groupe témoin ; ##p < 0,01, ###p < 0,001, par rapport au groupe HC-067047 ; Test post-hoc de Dunn. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± sem

Le noyau sous-thalamique (STN) est la cible clinique du DBS conventionnel avec stimulation électrique pour le traitement des patients atteints de la maladie de Parkinson37. En utilisant l'immunohistochimie, nous avons observé que tous les TRPC mécanosensibles, y compris TRPC1, 5 et 6, étaient exprimés dans le STN de souris (Fig. 6a – c). Ces résultats sont similaires à un rapport précédent sur l'expression de TRPC dans le STN de rats38. Pour étudier la modulation neuronale magnétomécanique du DBS dans le STN in vivo, des nanodisques (2 µl de 1 mg / ml) ont été injectés unilatéralement dans le STN de souris (Fig. 7a). La coordonnée de l'injection a été confirmée en utilisant des MND marqués par fluorescence (Fig. S6a, b). Après injection, les MND marqués par fluorescence n'ont pas été dégradés ou métabolisés pendant au moins 5 jours (Fig. S6c, d). Pour la stimulation neuronale sans fil, des MND et des HND revêtus de PMAO sans fluorescence ont été injectés dans la même coordonnée au STN. 5 à 7 jours après l'injection, les souris injectées dans les nanodisques ont été placées dans un grand appareil magnétique conçu sur mesure avec un diamètre intérieur de 20 cm et une hauteur de 25 cm (Fig. 7b). Cet appareil magnétique se composait de 4 bobines rondes (20 cm de diamètre intérieur, 28 de diamètre extérieur et 5 cm de hauteur) contrôlées par 4 ensembles de pilotes et d'alimentations. La simulation FEMM a démontré que le champ magnétique au centre de la bobine avec un courant de 10 A est de 50 mT (Fig. 7c). Le champ magnétique mesuré à partir du centre de la bobine sur mesure est de 50 mT avec une application de courant de 10 A (Fig. 7d). La température de la bobine a augmenté de moins de 1 °C lors de l'application d'un courant de 10 A pendant 2 min (∆T = 0,70 ± 0,15 °C au mur ; ∆T = 0,83 ± 0,14 °C au centre). Les souris éveillées ont été stimulées par le champ magnétique avec 50 mT à 10 Hz avec un cycle de 30 s marche-30 s arrêt pendant 10 min (Fig. 7a, b). Nous avons constaté que les expressions du gène précoce immédiat, c-fos, dans les STN injectés par les MND étaient significativement plus importantes que celles du STN controlatéral (Fig. 7e – g). En revanche, il n'y avait aucune différence entre les expressions c-fos du STN ipsilatéral et controlatéral des souris injectées par HND (Fig. 7h, S7a – b). Les rapports ipsilatéral / controlatéral des expressions c-fos dans le STN des souris injectées par les MND étaient également significativement supérieurs à ceux des groupes injectés par les HND (Fig. 7i). Le noyau entopédonculaire (EP) est l'un des neurones glutamatergiques en aval du NST chez la souris. Et il est homologue au Globus pallidus interne (GPi) chez l'homme. Semblable à STN, les expressions de c-fos dans l'EP ipsilatéral des souris injectées aux MND étaient significativement plus élevées que l'EP controlatéral (Fig. 7j, S7c, d). Mais chez les souris injectées par HND, il n'y a pas eu d'augmentation de l'expression de c-fos dans EP (Fig. 7k, S7e, f). Les rapports ipsilatéral / controlatéral des expressions de c-fos dans l'EP des souris injectées par MND étaient également significativement supérieurs à ceux des groupes injectés par HND (Fig. 7l). Dans des études antérieures, lors de la stimulation unilatérale du STN de souris de type sauvage en bonne santé sans maladie de Parkinson, les résultats comportementaux de rotation sont controversés. Ici, nous n'avons pas observé de comportements de rotation évidents chez des souris éveillées avec des stimulations magnétiques sans fil dans ces conditions (Fig. S8). Les résultats de la coloration c-fos montrent qu'en utilisant l'approche magnétomécanique avec les MND, nous avons pu moduler sans fil le circuit neuronal dans la région profonde du cerveau in vivo.

a Immunomarquage de NeuN (rouge), TRPC1 (vert), DAPI (bleu) et image fusionnée dans STN. En médaillon, image fusionnée agrandie d'un neurone. b Immunomarquage de NeuN (rouge), TRPC5 (vert), DAPI (bleu) et image fusionnée dans STN. En médaillon, image fusionnée agrandie d'un neurone. c Immunomarquage de NeuN (rouge), TRPC6 (vert), DAPI (bleu) et image fusionnée dans STN. En médaillon, image fusionnée agrandie d'un neurone.

a Schéma de la stimulation magnétomécanique au STN in vivo. Les nanodisques ont été injectés unilatéralement dans le STN. en bas, chronologie de l'injection stéréotaxique, de la stimulation magnétique et de la coloration c-fos b Schéma de l'appareil de stimulation magnétique sans fil pour la stimulation magnétomécanique in vivo. en bas, Chronologie de la stimulation magnétique. c Simulation FEMM de l'appareil magnétique in vivo avec un courant de 10 A. La ligne noire indique la chambre du cylindre pour les souris. d La mesure du champ magnétique à partir de la ligne pointillée blanche indique la région en c. Immunomarquage de NeuN (rouge), c-fos (vert), DAPI (bleu) et image fusionnée de STN ipsilatéral (e) et STN controlatéral (f) de souris injectées par MND. g c-fos/NeuN de STN chez des souris injectées MND (n = 9). h c-fos/NeuN de STN chez des souris injectées par HND (n = 7). i La différence de c-fos/NeuN entre le STN ipsilatéral et controlatéral chez les souris injectées par nanodisques. j c-fos/NeuN de EP chez des souris ayant reçu une injection de MND (n = 9). k c-fos/NeuN de EP chez des souris ayant reçu une injection de HND (n = 7). l La différence de c-fos/NeuN entre EP ipsilatéral et controlatéral chez les souris injectées par nanodisques. **p < 0,01, ***p < 0,001, ns, pas de signification. Test de rang signé de Wilcoxon pour les données appariées en (g), (h), (j) et (k). Test de Mann-Whitney pour les données non appariées en i et l. Les barres d'erreur représentent la moyenne ± sem

En conclusion, nous avons constaté que lorsqu'elle était appliquée des champs magnétiques alternatifs faibles et lents (50 mT à 10 Hz), la force mécanique générée par les nanodisques magnétiques induisait l'activité des neurones de type sauvage sans surexprimer les gènes exogènes. Nous révélons que ces réponses magnétomécaniques étaient principalement médiées par le canal cationique mécanosensible intrinsèque, TRPC. Enfin, les activités des régions cérébrales profondes ont été augmentées par la stimulation magnétomécanique médiée par MND chez des souris éveillées in vivo. Des études récentes sur la stimulation magnétomécanique dans les DRG exprimant Piezo1 ou la surexpression de Piezo1 dans le SNC ne nécessitent que <23 mT à 1 ~ 5 Hz. Conformément aux rapports précédents, nous n'avons pas observé de réponses évidentes avec des champs magnétiques à <40 mT dans les neurones sans surexpression de Piezo1/2 ou TRPV4 (Fig. 2i – m). L'intensité du champ magnétique pour induire l'activité TRPC dans notre étude est plus grande (50 mT) que les recherches précédentes. Ce qui est conforme au rapport précédent selon lequel TRPC nécessite une force mécanique plus forte que Piezo128. Cependant, nous ne pouvons pas exclure la possibilité que TRPC puisse être activé indirectement par une stimulation mécanique39 lorsque nous appliquons une stimulation magnétomécanique avec des MND.

Les MND et HND de cette étude étaient fonctionnalisés avec PMAO et portaient des charges de surface négatives (Fig. 1i). Une étude antérieure montre que les nanoparticules chargées négativement peuvent faciliter la fixation de la particule sur la membrane neuronale excitable mais pas sur la membrane gliale non excitable11,29. En revanche, la nanoparticule chargée positivement ou neutre ne peut pas se fixer aux membranes neuronales29. Bien que les nanoparticules chargées négativement à la surface de la membrane neuronale puissent augmenter l'excitabilité29, nous n'avons pas observé d'augmentation significative du potentiel de membrane au repos et de l'activité neuronale in vitro et in vivo. Premièrement, il n'y a pas de réponses Ca2 + dans les neurones hippocampiques en culture avec des HND chargés négativement (Fig. 2e – h). Avec l'enregistrement de cellules entières, les potentiels de membrane au repos des neurones traités par les MND et les HND n'étaient pas significativement plus élevés que ceux des groupes témoins sans nanodisques (Fig. S2a – c). Enfin, dans l'immunocoloration c-fos, les activités neuronales in vivo dans le STN et son EP en aval des souris injectées unilatérales par HND n'avaient aucune différence entre les hémisphères ipsilatéral et controlatéral (Fig. 7h, k). Néanmoins, une modification supplémentaire de la surface des nanodiscs sera nécessaire pour augmenter l'attachement spécifique des nanodiscs aux canaux TRPC ciblés ou aux neurones ciblés en modifiant la surface des nanodiscs.

La plupart des méthodes DBS non attachées récemment développées, y compris l'optogénétique, la chimiogénétique, la sonogénétique et la magnétogénétique, utilisent des outils génétiques pour surexprimer des gènes exogènes dans les régions cérébrales cibles. Cependant, les barrières réglementaires des méthodes génétiques utilisées dans ces méthodes limitent les applications translationnelles de ces approches DBS chez les patients humains. L'approche DBS magnétomécanique démontrée ici est une approche sans transgène qui n'a pas les problèmes de sécurité liés à l'utilisation de vecteurs viraux pour la délivrance de gènes. Cette étude révèle non seulement l'activation du TRPC intrinsèque par stimulation magnétomécanique, mais révèle également que l'activation induite par la force mécanique du TRPC intrinsèque pourrait déclencher des potentiels d'action et activer le VGCC dans les neurones (Figs. 4, 5). Avec TTX, les réponses induites par les MND ont été considérablement réduites. Et cela indique que les MND peuvent déclencher des potentiels d'action dans les neurones. Fait intéressant, il restait des réponses Ca2+ indépendantes de TTX lorsque les neurones étaient stimulés par une stimulation magnétomécanique multiple. Ce qui pourrait recruter plus de canaux ioniques perméables au Ca2+. Les VGCC à bas seuil, y compris les VGCC de type T et CaV1.3 de VGCC de type L, sont fortement exprimés au niveau du soma et de la dendrite des neurones de l'hippocampe40,41. En utilisant des bloqueurs de VGCC, nous avons découvert que ces réponses restantes au Ca2+ induites par magnétomécanique étaient contribuées par l'activation de VGCC de type T et de type L. Cependant, nous n'avons pas observé d'influx évident de Ca2+ via TRPC. Bien que les familles TRPC soient des canaux cationiques avec une perméabilité au calcium. La perméabilité au Ca2+ dépend de la composition en sous-unités de l'hétéromère TRPC. La perméabilité au Ca2+ des TRPC hétéromères, comme TRPC1/5 et TRPC1/6, peut être réduite par la sous-unité TRPC142,43. Ces TRPC hétéromères avec les sous-unités TRPC1, 5 et 6 sont fortement exprimés dans l'hippocampe et le STN. Une enquête plus approfondie est nécessaire pour comprendre quelles compositions de sous-unités TRPC sont liées à la stimulation magnétomécanique. La compréhension de l'expression des sous-unités TRPC dans les régions cérébrales cibles et les types de cellules cibles est également cruciale pour les applications futures.

Dans la maladie de Parkinson, le DBS au STN peut sauver les comportements anormaux1. Cependant, chez les souris WT en bonne santé, la relation entre le comportement animal et le DBS au STN n'est pas claire. Une étude montre que l'activation du STN par l'optogénétique peut déclencher une rotation ipsilatérale chez les souris WT44. En revanche, une autre étude montre que la stimulation du STN avec la magnétothermogénétique augmente la rotation controlatérale chez les souris WT13. Ces études démontrent des résultats très controversés de DBS au STN chez des souris sans maladie de Parkinson. La différence entre ces résultats controversés pourrait être liée aux méthodes de neuromodulation et aux intensités de stimulation. Dans cette étude, le comportement de rotation des souris injectées par les MND n'est pas modifié par le DBS magnétomécanique médié par les MND au STN chez les souris éveillées. Néanmoins, avec l'immunomarquage de c-fos, nous avons constaté l'augmentation de l'activité neuronale chez les souris WT avec DBS magnétomécanique sans fil. Notre recherche démontre une preuve de concept pour la stimulation de l'activité neuronale sans fil in vivo. Une enquête plus approfondie est nécessaire pour optimiser les paramètres des stimulations magnétomécaniques in vivo. La régulation des TRPC a déjà été proposée pour le traitement des maladies de Parkinson25 et des AVC ischémiques27. Malheureusement, les rôles fonctionnels des TRPC dans la plupart des régions du cerveau n'ont pas été bien caractérisés. Les différences de rôles fonctionnels TRPC dans diverses régions du cerveau et types de cellules doivent être prises en compte pour les applications futures. D'autres études translationnelles seront nécessaires pour découvrir l'application potentielle de la stimulation magnétomécanique dans les maladies de Parkinson et d'autres maladies neurologiques.

Outre les approches de neuromodulation génétiques, certains dispositifs DBS miniatures alimentés sans fil et sans transgène nécessitent encore des implantations matérielles à l'échelle millimétrique à centimétrique dans les régions profondes du cerveau45,46. Dans la modulation neuronale sans transgène à l'échelle nanométrique, une étude montre que la stimulation magnétique avec un champ magnétique CC de 200 mT et un champ magnétique CA de 6 mT à 140 Hz peut activer des nanoparticules piézoélectriques de ferrite de cobalt-titanate de baryum pour la DBS sans fil chez des souris en mouvement libre in vivo47. En comparaison, le DBS magnétomécanique dans cette étude ne nécessite que le champ magnétique faible avec 50 mT à très basse fréquence (10 Hz). Ainsi, l'appareil magnétique pour générer des champs magnétiques homogènes dans la plage de stimulation magnétomécanique est évolutif vers des volumes plus importants. La bobine sur mesure pour les expériences in vitro et in vivo de cette étude avait respectivement un diamètre intérieur de 3, 5 cm et 20 cm (Figs. 2c, 7b). Il peut être intégré dans la plupart des systèmes de microscope et des appareils comportementaux pour animaux. La fonctionnalité évolutive de cette approche est idéale pour de futures applications dans des modèles animaux plus grands ou des humains. De plus, les nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer sont déjà cliniquement approuvées comme agents de contraste en imagerie par résonance magnétique (IRM)6. Les nanodisques magnétiques d'oxyde de fer dans cette étude ont des chimies similaires à celles des nanoparticules cliniquement approuvées. Par conséquent, ce travail est une preuve de concept importante dans le DBS à distance sans transgène avec stimulation magnétomécanique, ce qui semble prometteur pour le développement de futures applications translationnelles pour les patients humains.

Le processus de synthèse des nanodisques suit le protocole décrit dans l'étude précédente11. Le processus de synthèse comprend deux étapes. Tout d'abord, des nanodisques d'hématite ont été synthétisés en mélangeant 10 ml d'éthanol à 99,5 %, 0,6 ml de ddH2O (ou 0,8 ml de ddH2O pour les nanodisques plus petits), 0,8 g d'acétate de sodium anhydre (Sigma-Aldrich) et 0,273 g de FeCl3·6H2O (Sigma-Aldrich) . Après homogénéisation du mélange par agitation, le mélange a été transféré et scellé dans un récipient en acier revêtu de Téflon. Le récipient a été chauffé au four à 180 °C pendant 18 h. Les nanodisques d'hématite ont été lavés deux fois avec ddH2O. Ensuite, les nanodisques ont été lavés deux fois avec de l'éthanol. Les nanodisques ont été séchés dans un dessiccateur sous vide. Les nanodisques d'hématite ont ensuite été convertis en nanodisques de magnétite ou utilisés pour des expériences de contrôle. Pour la réduction, 1 mg de nanodiscs d'hématite ont été mélangés avec 20 ml de tri-octylamine (Acros Organics) et 1 g d'acide oléique (Sigma-Aldrich). Le mélange a été placé dans un ballon à trois cols relié à une ligne Schlenk pour être chauffé à 370 ° C pendant 25 min dans une atmosphère de H2 (5% avec 95% Argon, Chiah Lung) et N2 (99,9%, Chiah Lung). Lors de la réduction, les nanodisques d'hématite rouge virent au gris foncé. Après refroidissement, les disques ont été lavés avec de l'hexane (Alfa Aesar). Les nanodisques de magnétite ont ensuite été dispersés dans du chloroforme (JT Baker) et stockés dans un flacon en verre à 4 °C.

MND et HND sont fonctionnalisés avec un revêtement PMAO. Avant le revêtement PMAO, les nanodisques dans du chloroforme ont été séchés dans un dessiccateur sous vide. Tout d'abord, 10 mg de PMAO 30 000 mw (419117, Sigma-Aldrich) ont été dissous dans 1 ml de chloroforme. 1 mg de poudre MND ou HND séchée a été ajouté au chloroforme contenant PMAO. Le mélange a été soniqué pendant 1 h jusqu'à ce que les nanodisques soient bien suspendus. Ensuite, les nanodisques revêtus de PMAO ont été séchés dans un dessiccateur sous vide pendant une nuit. Les nanodisques séchés ont été ajoutés dans le tampon TAE (Tris-acétate-EDTA, Biomate) avec une concentration à 25 % (p/v). Le mélange a été soniqué à 80°C pendant 3h. Après sonication, il a été culotté en utilisant une microcentrifugeuse pendant 10 min à 8500 tr/min. Retiré le surnageant et rempli avec ddH2O. Répété les processus de la sonication du puits à la recharge de ddH2O trois fois. Pour visualiser les nanodisques dans les tranches de cerveau, des MND revêtus de PMAO marqués par fluorescence ont été préparés en mélangeant 200 μl de Neutravidin (Thermo Scientific) avec 200 μl de colorant Alexa Fluor 594 (Thermo Scientific) pendant deux heures. Puis ajouté 10 mg de MND au mélange Neutravidin-colorant pendant deux heures.

Les nanodisques dans du chloroforme ont été séchés dans un dessiccateur sous vide puis dissous dans ddH2O. Les nanodisques aqueux ont été placés sur une grille de cuivre (Ted Pella Inc.) et ont utilisé la microscopie électronique à transmission (TEM) pour visualiser la morphologie des disques. La TEM a été réalisée avec HT7800 (Hitachi) par le laboratoire central de microscopie du Chang Gung Memorial Hospital (CGMH). Le diamètre et l'épaisseur des nanodisques ont été mesurés par ImageJ à partir de l'image TEM, chaque nanodisque hexagonal a été dessiné sur trois diagonales et a choisi la distance la plus longue comme une mesure de diamètre de nanodisque. Les poudres de nanodisques ont été détectées par diffraction des rayons X (DRX) pour confirmer la structure des matériaux. La XRD a été réalisée avec XtaLAB Synergy DW (Rigaku) par le Centre d'instrumentation de l'Université nationale Tsing Hua (NTHU). L'hématite ou la magnétite ont été mélangées avec de la graisse N (Apiezon) et recueillies sur des MicroMeshesTM (MiTeGen) couplés à un détecteur de rayons X à comptage de photons hybride incurvé HyPix-Arc à 150° avec un rayonnement Mo Kα monochromatique en graphite (λ = 0,71073 Å) à 100 K Pour étudier l'aimantation à saturation (Ms) des nanodisques, un magnétomètre à échantillon vibrant a été utilisé pour mesurer les courbes d'hystérésis dans la plage de ± 9 kOe. Les moments magnétiques des nanodisques ont été mesurés avec le magnétomètre à échantillon vibrant MPMS SQUID (VSM; Quantum Design) par le Core Facility Center de l'Université nationale Cheng Kung (NCKU). En outre, un spectromètre d'émission optique à plasma à couplage inductif Agilent 725 (ICP-OES) a été utilisé pour quantifier la concentration en élément de fer pour le calcul du moment magnétique qui a été effectué par le centre d'instrumentation du NTHU. Pour calculer le moment magnétique, nous avons suivi la formule mentionnée dans l'étude précédente11 :

μ est le moment magnétique. V est le volume de nanodiscs, qui a été mesuré à partir de TEM. ρ est la densité de la magnétite (Fe3O4)11. Ms est l'aimantation à saturation mesurée à partir du VSM. Le moment magnétique des MND est :

Des nanodisques revêtus de PMAO dissous dans ddH2O ont été utilisés pour détecter les propriétés potentielles. Le potentiel zêta a été mesuré par diffusion de lumière électrophorétique avec l'analyseur de particules DelsaTM Nano C (Beckman Coulter). 3, 5 μl de nanodiscs à 20 mg / ml de revêtement PMAO ont été chargés sur des neurones hippocampiques à 7 jours in vitro (DIV) pendant 15 min pour fixer les nanodiscs sur les membranes cellulaires. Ensuite, utilisez 1 × PBS (Gibco) pour laver trois fois avec le tampon de fixation fabriqué par CGMH (glutaraldéhyde 3 %, paraformaldéhyde 2 % dans un tampon cacodylate 0,1 M). Les échantillons fixes ont été stockés dans un congélateur à 4 ° C jusqu'à l'utilisation de la microscopie électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM) pour enregistrer les nanodisques se fixant sur les neurones. FE-SEM a été réalisé avec SU8220 (Hitachi) par le laboratoire central de microscopie du CGMH. FE-SEM a été utilisé pour enregistrer des nanodisques se fixant sur des neurones à un grossissement de 2000 × et les caractéristiques de surface des nanodisques pour un grossissement de 30 000 ×.

Toutes les procédures d'expérimentation animale ont été approuvées par le Comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux (IACUC) de l'Université nationale Yang Ming Chiao Tung (NYCU). Toutes les rattes Sprague-Dawley gestantes ont été achetées à LASCO. Les ratons Sprague-Dawley postnatals (<3 jours) ont été utilisés pour la culture primaire de l'hippocampe. Les hippocampes ont été extraits dans une solution de dissection froide (NaCl 160 mM, KCl 5 mM, MgSO4 1 mM, CaCl2 4 mM, HEPES 5 mM, glucose 5,5 mM, le pH a été ajusté à 7,4 par NaOH). Après extraction, les hippocampes de 2 à 3 petits ont été mélangés et transférés dans une solution de digestion préchauffée (L-Cystéine 1 mM, EDTA 0,5 mM, CaCl2 1 mM, NaOH 1,5 mM et 10 unités/ml de papaïne (76220, Sigma-Aldrich)) . Le mélange a été incubé à 37°C pendant 25 min. La papaïne a été inactivée en retirant la solution de digestion et en incubant les tissus dans des solutions d'inactivation (0,25 % d'albumine bovine et 0,25 % d'inhibiteur de trypsine), 0,4 % de D-glucose et 5 % de sérum bovin fœtal (6140079, Gibco) dans du milieu essentiel minimum (MEM avec sels d'Earle sans L-glutamine ; 11090-081, Gibco) à 37 °C pendant 2 min. Après avoir retiré la solution d'inactivation, les tissus ont été triturés dans un milieu sérique (0,4 % de D-glucose et 5 % de sérum bovin fœtal dans du MEM avec des sels d'Earle sans L-glutamine) avec du verre poli au feu (111096, Kimble). Les cellules dissociées ont été filtrées par un draineur de cellules (93070, SPL) et incubées dans le milieu sérique à 37°C avant l'ensemencement. Après comptage, les cellules ont été ensemencées sur le matrigel (354234, Corning) recouvert de lamelles de 12 mm dans des plaques à 24 puits avec environ 110 000 cellules par puits. Les cellules hippocampiques ont été cultivées dans un milieu neurobasal (10888-022, Gibco) avec le supplément B27 (17504-044, Gibco) et GlutaMAX (35050-061, Gibco). Au 3ème jour in vitro (DIV), 20 μl d'inhibiteur mitotique (5-fluoro-2'-désoxyuridine, Sigma; 4 μM dans du milieu neurobasal) ont été ajoutés pour inhiber les cellules gliales. Toutes les imageries et stimulations sont réalisées en DIV 5-14.

Des neurones hippocampiques primaires cultivés à DIV 7-14 ont été utilisés pour l'enregistrement électrophysiologique patch-clamp. Les enregistrements de cellules entières ont été obtenus à l'aide de MultiClamp 700B (Molecular Devices, LLC, USA) sous un microscope droit (Scientifica, EN). Les données ont été filtrées à 5 kHz et échantillonnées à 10 kHz avec une interface Digidata 1550B (Molecular Devices) contrôlée par le logiciel Clampex 11.1 (Molecular Devices) et analysées à l'aide de Clampfit 11.2 (Molecular Devices). Les enregistrements ont été réalisés à température ambiante. Les pipettes en verre avec une résistance de pipette de 3 à 10 MΩ ont été extraites de verre borosilicaté (Harvard Apparatus, USA). La solution interne contenait 74 mM de KCl, 70 mM de K-gluconate, 0,2 mM d'EGTA, 4 mM de MgATP, 10 mM de HPEPS et 7 mM de Na2-phosphocréatine, ajustée à pH 7,3 par KOH. La solution de Tyrode extracellulaire contenait du NaCl 125 mM, du KCl 2 mM, du MgCl2 2 mM, du CaCl2 2 mM, du HPEPS 25 mM et du D-glucose 51 mM, ajusté à pH 7,3 par NaOH. Après le rodage et la formation de l'enregistrement de la cellule entière, les potentiels de membrane au repos de chaque neurone ont été mesurés immédiatement. Les résistances scellées d'enregistrement étaient de 3 à 10 MΩ. Rheobase était le pas de courant minimum de 1 s qui pouvait déclencher plus d'un potentiel d'action. Les résistances d'entrée ont été enregistrées avec un pas de courant de -50 pA pendant 1 s. Les résistances d'entrée ont été mesurées à partir de la différence de tension entre la ligne de base et les 100 dernières ms d'application actuelle.

La solution de Tyrode (NaCl 125 mM, KCl 2 mM, MgCl2 2 mM, CaCl2 2 mM, HEPES 25 mM, D-glucose 51 mM (Sigma-Aldrich)) a été préparée pour toutes les imageries Ca2+ des cellules cultivées. Le kit d'imagerie Fluo-4 Ca2+ (Invitrogen) a été utilisé pour mesurer les réponses Ca2+ des neurones en culture. Le protocole d'imagerie fluo-4 a été indiqué par Invitrogen. Les neurones ont été incubés dans la solution Fluo-4 (1 mM) pendant 15 à 30 min, puis ont été transférés dans la solution de Tyrode sans Fluo-4 pour imagerie. Des nanodisques de magnétite ou des nanodisques d'hématite de 3,5 μl à une concentration de 20 mg/mL ont été ajoutés à chaque puits avec une solution de 496,5 μL dans une plaque à 24 puits. La concentration finale des nanodiscs est de 70 μg/puits. Après 5 minutes d'incubation, la lamelle avec neurone hippocampique a été transférée à une étape personnalisée pour appliquer un champ magnétique sous microscope à fluorescence (SS-1000-00, Scientifica). La source de lumière Thorlabs (LEDD1B), la caméra Hamamatus C13440, le cube de filtre GFP (39002, Chroma) ont été utilisés pour l'imagerie fluo-4.

Les vidéos d'activité Ca2+ ont été collectées sur un microscope à fluorescence droit (SS-1000-00, Scientifica) au format ".avi" en utilisant le logiciel HCImage (Hamamatsu). La fréquence d'images de la vidéo était de 1 Hz. Les vidéos ont été traitées avec un script python personnalisé basé sur opencv2. Un script python personnalisé basé sur numpy a été utilisé pour convertir l'intensité de fluorescence en ΔF/F0 en adaptant l'algorithme de l'étude précédente11. Le détail de l'algorithme et du script python est décrit dans les informations supplémentaires. La cellule activée a été définie par la cellule avec un maximum de ΔF/F0 supérieur à 10 % aux périodes de temps indiquées. Le taux d'activité cellulaire de chaque échantillon de culture a été défini par le pourcentage de nombre de cellules activées divisé par le nombre total de cellules. Pour plus de détails sur les scripts personnalisés, consultez les informations supplémentaires.

La solution de Tyrode sans Ca2+ (NaCl 125 mM, KCl 2 mM, MgCl2 2 mM, EGTA 2,5 mM, HEPES 25 mM, D-glucose 51 mM (Sigma-Aldrich)) a été préparée pour des expériences sans Ca2+. L'inhibiteur de la famille TRPC SKF-96365 (Tocris) a été ajouté à la solution de Tyrode avec du Ca2+ à une concentration de 50 μΜ. L'inhibiteur spécifique de TRPV4 HC-067047 (Sigma) a été ajouté à la solution de Tyrode à une concentration de 1 μΜ. Le bloqueur de canal sodium Tetrodotoxine (TTX) (Abcam) a été ajouté à la solution de Tyrode à une concentration de 100 nM. L'inhibiteur spécifique de TRPC 1/6 et piezo1 GsMTx4 (Abcam) a été ajouté à la solution de Tyrode à une concentration de 5 μΜ. L'inhibiteur spécifique de TRPC 1/6 et piezo2 D-GsMTx4 (Tocris) a été ajouté à la solution de Tyrode à une concentration de 5 µM. L'inhibiteur de TRP 2-APB (Tocris) a été ajouté à la solution de Tyrode à une concentration de 100 μΜ. Dans les expériences de pharmacologie, les cellules cultivées ont été transférées de la solution de Tyrode avec Fluo-4 aux solutions mentionnées ci-dessus pendant plus de 5 minutes avant l'imagerie.

Toutes les expérimentations animales ont été approuvées par NYCU IACUC, conformément au Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire de NYCU. Toutes les souris ont été achetées chez LASCO. Les souris ont été maintenues sous un cycle lumière-obscurité de 12 h au NYCU Laboratory Animal Center avant les expériences. Des souris mâles C57BL/6 âgées de 8 à 12 semaines ont été utilisées dans toutes les expériences in vivo. Des nanodisques de magnétite et d'hématite revêtus de PMAO à 1 mg / ml ont été injectés unilatéralement dans STN (AP: -2, 06, ML: -1, 5, DV: -4, 5). Au total, 2 μl de nanodiscs dans du PBS ont été injectés à l'aide d'une seringue de microinjection (7803-05, Hamilton) et d'une micropompe (Kd Scientific). Après chirurgie crânienne, 0,2 ml de Carprofen (PHR1452, Sigma-Aldrich) a été administré à des souris par injection sous-cutanée à 0, 24, 48 h pour réduire la douleur post-chirurgicale.

Pour la coloration c-fos, des souris mâles C57BL/6 injectées dans des nanodisques ont été placées dans une bobine sur mesure pour une stimulation magnétique in vivo 5 à 7 jours après l'injection de nanodisques. Les souris ont été sacrifiées 90 min après les stimulations magnétiques. Pour la coloration TRPC, des souris mâles C57BL/6 sans stimulation magnétique ont été utilisées. Pour la coloration des MND marqués par fluorescence, des souris mâles C57BL/6 ont été sacrifiées le même jour ou 5 jours après l'injection des MND marqués par fluorescence au STN. Tous les cerveaux ont été prélevés après perfusion transcrânienne avec 4 % de PFA dans du PBS. Des coupes coronales de cerveau ont été tranchées par un vibratome (5100 MZ, Campden) avec une amplitude de 0,5, une fréquence de 50 Hz. Les tranches pour l'immunocoloration avaient une épaisseur de 50 μm. Les tranches avec des MND marqués par fluorescence avaient une épaisseur de 150 μm. Les tranches de cerveau ont été lavées trois fois avec du PBS pendant 5 min, les tranches ont été perméabilisées avec 2 % (v/v) de Triton X-100 (Sigma-Aldrich) pendant 15 min. Le fond a été éclairci avec 2 % de Triton-X-100, 30 % de H2O2 et du méthanol pendant 10 min ; Après que les tranches aient été lavées trois fois avec du PBS, les tranches ont été bloquées par du sérum de chèvre normal à 3 % dans du PBS pendant 90 min à température ambiante. Les tranches ont été lavées trois fois avec du PBS. Pour l'immunocoloration, les tranches ont été incubées avec la 1ère solution d'anticorps avec 1:750 anticorps monoclonal de lapin anti-c-Fos (9F6#2250, signalisation cellulaire), 1:150 anticorps anti-NeuN de souris (clone A60, #MAB377, MERCK), 1 :200 anti-lapin NeuN (MABN140, Sigma-Aldrich), 1:100 anti-lapin TRPC1 (SI-T8276, Sigma-Aldrich),1:500 anti-souris TRPC5 (N67/15, NeuroMab), 1:100 anti-TRPC1 -lapin TRPC6 (AB5574, MERCK), 1% de sérum de chèvre normal et 2% de Triton-X 100 dans du PBS. Les tranches ont été incubées à 4 °C pendant 16 à 18 h. Après trois lavages des tranches avec du PBS, les tranches ont été incubées avec l'anticorps secondaire correspondant dans le PBS (1:500 chèvre anti-lapin Alexa Fluor 488 (ab150113, Abcam) et 1:500 chèvre anti-souris Alexa Fluor 594 (ab150116, Abcam)). Toutes les tranches ont été lavées trois fois avec du PBS avant le montage. Les tranches ont été montées sur des lames de microscope en verre par un milieu de montage avec DAPI (GTX30920, Genetex). Un microscope à fluorescence inversé (DMI3000, Leica), un microscope à fluorescence droit (SS-1000-00, Scientifica), une source de lumière LED (pE300, CoolLED), une caméra Hamamatsu C13440, des filtres cubes (39000, 19008, 31002, Chroma) ont été utilisés pour l'imagerie .

La bobine était une bobine à noyau d'air constituée de 2000 tours de fil de cuivre auto-liant 18 AWG (SBWR, Chientai). La bobine avait une résistance de 7 Ω et une inductance de 60 mH. À une stimulation de champ magnétique variable de 1 Hz, 0,6 A à 2,8 A ont été utilisés pour une stimulation de 10 à 50 mT. À une stimulation magnétique de 5 Hz, 0,6 A à 2,9 A ont été utilisés pour une stimulation de 10 à 50 mT. À une stimulation magnétique de 10 Hz, 0,6 A à 3 A ont été utilisés pour une stimulation de 10 à 50 mT. À une stimulation magnétique de 20 Hz, 0,7 A à 3,2 A ont été utilisés pour une stimulation de 10 à 50 mT. Un pilote de pont en H sur mesure a été utilisé pour générer des champs magnétiques variables avec bobine. Le pont en H était composé de deux MOSFET à canal p (IRF4905, International Rectifier) et de deux MOSFET à canal n (IRF3710, International Rectifier). Outre ces quatre MOSFET, deux autres MOSFET à canal n ont été utilisés pour contrôler les MOSFET à canal P qui se trouvent dans le pont en H. La plage de tension de fonctionnement est contrôlée par deux paires de résistances et de paramètres de MOSFET. Le circuit peut facilement être modifié en remplaçant différentes résistances ou MOSFET. Un générateur de fonctions (33210 A, Keysight) a été utilisé pour générer des ondes carrées de ± 5 V. Le signal du générateur de fonctions passait par un suiveur de tension et un onduleur (TLC2272, Texas Instrument). Les gains du suiveur de tension et de l'onduleur sont égaux à un. Les phases des signaux du suiveur de tension et de l'onduleur ont une différence de 180°. Chaque signal contrôle un demi-pont du pilote à pont complet. L'alimentation interne (modèle PS-3030DF, LONGWEI) a été utilisée pour les amplis op sur le pilote de pont en H sur mesure. Une alimentation externe (IT6721, ITECH) a été utilisée pour générer des champs magnétiques dans la bobine.

Pour évaluer les champs magnétiques générés par les bobines, nous utilisons le logiciel Finite Element Method Magnetics (version 4.2) pour simuler les champs magnétiques de la bobine en 2D (Figs. 2d, 5c). Dans la configuration du programme, nous avons utilisé le mode problème magnétique et la configuration planaire dans FEMM4.2. Les paramètres du fil de cuivre (12 ou 18 AWG) et de l'air provenaient de la bibliothèque de matériaux de FEMM4.2. Le gaussmètre (TM801, KANETEC) a été utilisé pour la mesure du champ magnétique dans la bobine. La sonde axiale a été utilisée pour détecter le champ magnétique généré à l'intérieur de la bobine.

La mort de neurones primaires en culture avec de multiples stimulations magnétomécaniques a été mesurée avec de l'iodure de propidium (PI; P1304MP, Invitrogen). Après imagerie des réponses Ca2+ des neurones cultivés primaires avec Fluo-4, PI a été ajouté à la solution extracellulaire pour atteindre une concentration finale à 120 μM. Après 5 min, la fluorescence de Fluo-4 et de PI a été imagée à l'aide d'un microscope à fluorescence (SS-1000-00, Scientifica). Une source de lumière Thorlabs (LEDD1B), une caméra Hamamatus C13440 et des filtres cubes (39002 et 39010, Chroma) ont été utilisés.

Générer un champ magnétique uniforme pour la stimulation neuronale sans fil in vivo. Quatre bobines à noyau d'air sur mesure ont été utilisées pour des expériences in vivo. Chaque bobine a 500 tours de fil de cuivre 12 AWG. La résistance et l'inductance de chaque bobine sont respectivement de 1,02 à 1,55 Ω et de 22 à 31,6 mH. Comme le montre la figure 6, quatre bobines sont séparées en deux paires qui s'empilent l'une sur l'autre. L'écart entre les bobines est de 4 cm. Des modules de pont complet (AQMH3615NS, AKELC) ont été utilisés comme pilotes pour chaque bobine. Les pilotes étaient contrôlés par les ondes carrées de 5 V générées par Arduino UNO (Arduino). La carte Arduino était contrôlée par un script personnalisé avec Arduino IDE. Le détail du code Arduino a été décrit dans les informations supplémentaires. L'alimentation interne est de 5 V et fournie par Arduino pour fournir une tension de fonctionnement aux modules de pont complet. Une alimentation externe (modèle HJS-1000, HuntKey) a été utilisée pour fournir les courants aux bobines. Des courants de 10 A ont été utilisés pour générer un champ magnétique uniforme de 50 mT à 10 Hz dans les bobines pour des expériences in vivo.

Tous les animaux se sont habitués à la salle de comportement pendant au moins 45 min avant la stimulation magnétique. L'arène cylindrique a été fabriquée en polyméthacrylate de méthyle avec un diamètre intérieur de 20 cm et une hauteur de 16 cm, s'adaptant à l'appareil magnétique sur mesure. Les souris éveillées ont été placées dans l'arène du cylindre au centre de la bobine et enregistrées par caméra à partir du haut. Avant la stimulation, il y a 5 min de période de pré-stimulation sans appliquer de champs magnétiques, suivie de 10 min de période de stimulation magnétique. Dans la période de stimulation magnétique, une stimulation de 30 s par un champ magnétique alternatif (50 mT à 10 Hz) et des intervalles inter-stimulation de 30 s sans champ magnétique ont été appliqués 10 fois. Ce processus de stimulation magnétique a été utilisé pour étudier l'activité neuronale avec c-fos et pour des tests comportementaux de rotation. Le DeepLabCutTM (DLC)48 rapporté précédemment a été utilisé pour suivre les souris sans marque dans les vidéos comportementales enregistrées. Un code python personnalisé a été utilisé pour analyser les comportements de rotation. Veuillez consulter les méthodes supplémentaires pour une description détaillée et des scripts.

Toutes les statistiques ont été réalisées dans JASP (v0.14.1.0, équipe JASP). Toutes les barres d'erreur dans les tracés de points indiquent l'erreur standard de la moyenne (sem). Toutes les zones grises ou roses dans les traces de changements de fluorescence indiquent l'erreur standard de la moyenne (sem). Le test des rangs signés de Wilcoxon a été utilisé pour comparer les données appariées. Le test de somme des rangs de Wilcoxon a été utilisé pour comparer les non appariés. Le test post-hoc de Tukey et l'ANOVA à deux facteurs ont été utilisés pour comparer les données avec deux facteurs. Le test post-hoc de Dunn et le test de Kruskal-Wallis ont été utilisés pour comparer les données avec plusieurs groupes. Les nombres de cellules individuelles, d'échantillons (cultures individuelles) et d'animaux de chaque expérience sont indiqués dans les légendes des figures et des tableaux

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports de recherche sur la nature lié à cet article.

Les données sources sous-jacentes aux chiffres utilisés dans l'étude actuelle sont fournies dans les données supplémentaires 1. Toutes les autres données sont disponibles auprès des auteurs correspondants sur demande raisonnable.

Le code lié à cette étude est disponible dans la section Méthodes des informations supplémentaires.

Lozano, AM et al. Stimulation cérébrale profonde : défis actuels et orientations futures. Nat. Rév. Neurol. 15, 148–160 (2019).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Spencer, KC et al. Caractérisation de revêtements d'hydrogel mécaniquement appariés pour améliorer la biocompatibilité des implants neuronaux. Sci. Rep. 7, 1–16 (2017).

Google Scholar

Boyden, ES, Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G. & Deisseroth, K. Contrôle optique génétiquement ciblé de l'activité neuronale à l'échelle de la milliseconde. Nat. Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).

Article CAS PubMed Google Scholar

Tufail, Y. et al. Les ultrasons pulsés transcrâniens stimulent les circuits cérébraux intacts. Neurone 66, 681–694 (2010).

Article CAS PubMed Google Scholar

Walsh, V. & Cowey, A. Stimulation magnétique transcrânienne et neurosciences cognitives. Nat. Rév. Neurosci. 1, 73–80 (2000).

Article CAS PubMed Google Scholar

Chen, R., Canales, A. & Anikeeva, P. Technologies d'enregistrement et de modulation neurales. Nat. Rév. Mater. 2, 1–16 (2017).

Article CAS Google Scholar

Fregni, F. & Pascual-Leone, A. Technology Insight : Stimulation cérébrale non invasive en neurologie - Perspectives sur le potentiel thérapeutique de la rTMS et de la tDCS. Nat. Clin. Pratique. Neurol. 3, 383–393 (2007).

Article PubMed Google Scholar

Huang, H., Delikanli, S., Zeng, H., Ferkey, DM & Pralle, A. Contrôle à distance des canaux ioniques et des neurones par chauffage par champ magnétique de nanoparticules. Nat. Nanotechnologie. 5, 602–606 (2010).

Article CAS PubMed Google Scholar

Chen, R., Romero, G., Christiansen, MG, Mohr, A. et Anikeeva, P. Stimulation cérébrale profonde magnétothermique sans fil. Sciences 347, 1477-1480 (2015).

Article CAS PubMed Google Scholar

Munshi, R. et al. Stimulation cérébrale profonde génétique magnétothermique des comportements moteurs chez des souris éveillées et en mouvement libre. Elife 6, 1–26 (2017).

Article Google Scholar

Gregurec, D. et al. Les nanodisques vortex magnétiques permettent une stimulation neuronale magnétomécanique à distance. ACS Nano 14, 8036–8045 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lee, J. et al. Stimulation magnétique à longue portée sans contact des canaux ioniques mécanosensibles chez les animaux en mouvement libre. Nat. Mater. 20, 1029-1036 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hescham, SA et al. La technologie des nanoparticules magnétothermiques atténue les symptômes de type parkinsonien chez la souris. Nat. Commun. 12, 1–10 (2021).

Article Google Scholar

Coste, B. et al. Piezo1 et Piezo2 sont des composants essentiels de canaux cationiques distincts activés mécaniquement. Sciences 330, 7–12 (2010).

Article Google Scholar

Schlimgen, R. et al. Risques associés aux expositions aux vecteurs lentiviraux et stratégies de prévention. J. Occup. Environ. Méd. 58, 1159-1166 (2016).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Chandler, RJ, LaFave, MC, Varshney, GK, Burgess, SM & Venditti, CP Génotoxicité chez la souris après l'administration du gène AAV : un problème de sécurité pour la thérapie génique humaine ? Mol. Là. 24, 198-201 (2016).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Maroto, R. et al. TRPC1 forme le canal cationique activé par étirement dans les cellules de vertébrés. Nat. Cell Biol. 7, 179–185 (2005).

Article CAS PubMed Google Scholar

Spassova, MA, Hewavitharana, T., Xu, W., Soboloff, J. & Gill, DL Un mécanisme commun sous-tend l'activation par étirement et l'activation des canaux TRPC6. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 103, 16586–16591 (2006).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gomis, A., Soriano, S., Belmonte, C. & Viana, F. L'étirement de la membrane hypoosmotique et induite par la pression active les canaux TRPC5. J. Physiol. 586, 5633–5649 (2008).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lui, Z. et al. Le canal TRPC5 est le médiateur de la neurotrophine-3 dans la régulation de la croissance dendritique via CaMKIIα dans les neurones de l'hippocampe de rat. J. Neurosci. 32, 9383–9395 (2012).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, GX & Poo, MM Exigence des canaux TRPC dans la rotation chimiotropique induite par la nétrine-1 des cônes de croissance nerveuse. Nature 434, 898–904 (2005).

Article CAS PubMed Google Scholar

Bröker‐Lai, J. et al. Les canaux hétéromères formés par TRPC 1, TRPC 4 et TRPC 5 définissent la transmission synaptique hippocampique et la mémoire de travail. EMBO J. 36, 2770–2789 (2017).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Schwarz, Y. et al. Les canaux TRPC régulent la signalisation Ca2+ et la plasticité à court terme des synapses glutamatergiques rapides. PLOS Biol. 17, e3000445 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Riccio, A. et al. Rôle essentiel de TRPC5 dans le fonctionnement de l'amygdale et le comportement lié à la peur. Cellule 137, 761–772 (2009).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sukumaran, P., Sun, Y., Schaar, A., Selvaraj, S. & Singh, canaux BB TRPC et maladie de Parkinson. Adv. Exp. Méd. Biol. 976, 85–94 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fouriki, A., Farrow, N., Clements, MA et Dobson, J. Évaluation des exigences de champ magnétique pour la transfection de gènes nanomagnétiques. Nano Rev. 1, 5167 (2010).

Article Google Scholar

Liu, L. et al. Nouvelles cibles pour la thérapie de l'AVC : focus particulier sur les canaux TRPC et TRPC6. Devant. Neurosciences vieillissantes. 12, 1–9 (2020).

Article Google Scholar

Cox, CD, Bavi, N. & Martinac, B. Origine de la Force. dans Sujets d'actualité dans Membranes vol. 79 59–96 (Elsevier Ltd, 2017).

Dante, S. et al. Ciblage sélectif des neurones avec des nanoparticules inorganiques : révéler le rôle crucial de la charge de surface des nanoparticules. ACS Nano 11, 6630–6640 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Crowley, LC et al. Mesure de la mort cellulaire par absorption d'iodure de propidium et cytométrie en flux. Cold Spring Harb. Protocole 2016, 647–651 (2016).

Google Scholar

Jin, P., Jan, LY & Jan, YN Canaux ioniques mécanosensibles : caractéristiques structurelles pertinentes pour les mécanismes de mécanotransduction. Annu. Rév. Neurosci. 43, 207-229 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Chen, CC et al. Un rôle pour ASIC3 dans la modulation des stimuli douloureux de haute intensité. Proc. Natl Acad. Sci. États-Unis 99, 8992–8997 (2002).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, Z., Reboreda, A., Alonso, A., Barker, PA et Séguéla, P. Les canaux TRPC sous-tendent les potentiels de plateau cholinergique et l'activité persistante dans le cortex entorhinal. Hippocampe 21, 386–397 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lee, TS et al. Les actions du mibefradil, de l'éfonidipine et de la nifédipine bloquent les canaux Ca2+ recombinants de type T et L avec des mécanismes inhibiteurs distincts. Pharmacologie 78, 11–20 (2006).

Article CAS PubMed Google Scholar

de Hoog, E., Lukewich, MK & Spencer, GE L'acide rétinoïque inhibe les canaux calciques neuronaux voltage-dépendants. Calcium cellulaire 72, 51–61 (2018).

Article PubMed Google Scholar

Dong, L., Cheng, X., Zhou, L. et Hu, Y. Les canaux calciques sont impliqués dans l'apoptose induite par la signalisation inverse EphB/ephrinB dans un modèle d'hypertension oculaire chronique chez le rat. Mol. Méd. Rep. 17, 2465–2471 (2018).

CAS PubMed Google Scholar

Schuepbach, WMM et al. Neurostimulation pour la maladie de Parkinson avec complications motrices précoces. N. Engl. J. Med. 368, 610–622 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Chung, YH et al. Étude immunohistochimique sur la distribution des canaux potentiels des récepteurs transitoires canoniques dans les ganglions de la base du rat. Neurosci. Lett. 422, 18–23 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

Christensen, AP & Corey, DP Canaux TRP en mécanosensation : activation directe ou indirecte ? Nat. Rév. Neurosci. 8, 510–521 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

McKay, BE et al. Les isoformes des canaux calciques de type CaV3 T se répartissent de manière différentielle dans les compartiments somatiques et dendritiques des neurones centraux du rat. EUR. J. Neurosci. 24, 2581-2594 (2006).

Article PubMed Google Scholar

Leitch, B., Szostek, A., Lin, R. & Shevtsova, O. Distribution subcellulaire des sous-types de canaux calciques de type L dans les neurones de l'hippocampe de rat. Neuroscience 164, 641–657 (2009).

Article CAS PubMed Google Scholar

Kim, J. et al. TRPC1 comme régulateur négatif pour les canaux TRPC4 et TRPC5. Pflug. Cambre. EUR. J. Physiol. 471, 1045-1053 (2019).

Article CAS Google Scholar

Storch, U., Forst, AL, Philipp, M., Gudermann, T. & Mederos Y Schnitzler, M. Le canal potentiel de récepteur transitoire 1 (TRPC1) réduit la perméabilité au calcium dans les complexes de canaux hétéromères. J. Biol. Chim. 287, 3530-3540 (2012).

Article CAS PubMed Google Scholar

Guillaumin, A., Serra, G., Pietro, Georges, F. & Wallén-Mackenzie, Å. Enquête expérimentale sur le rôle du noyau sous-thalamique (STN) dans le contrôle moteur à l'aide de l'optogénétique chez la souris. Cerveau Res. 1755, 147226 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Montgomery, KL et al. Optogénétique entièrement interne, alimentée sans fil, pour les circuits cérébraux, spinaux et périphériques chez la souris. Nat. Méthodes 12, 969–974 (2015).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Singer, A. et al. Matériaux magnétoélectriques pour la stimulation neurale miniature et sans fil à des fréquences thérapeutiques. Neurone 107, 631–643.e5 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kozielski, KL et al. L'alimentation non résonnante des nanoélectrodes injectables permet une stimulation cérébrale profonde sans fil chez les souris en mouvement libre. Sci. Adv. 7, 1–14 (2021).

Article Google Scholar

Mathis, A. et al. DeepLabCut : estimation de pose sans marqueur de parties du corps définies par l'utilisateur avec apprentissage en profondeur. Nat. Neurosci. 21, 1281-1289 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Télécharger les références

Nous remercions P. Ankieeva, D. Gregurec et F. Koehler pour leurs conseils en matière de matériaux et d'électronique. Cette recherche est financée par le ministère de la Science et de la Technologie (MOST), Taiwan (ROC) (108-2636-B-009-006 ; 109-2636-B-009-008 ; 110-2636-B-A49-003).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Chih-Lun Su, Chao-Chun Cheng.

Institut de génie biomédical, Université nationale Yang Ming Chiao Tung, Hsinchu City, Taiwan, ROC

Chih-Lun Su, Chao-Chun Cheng, Ping-Hsiang Yen, Jun-Xuan Huang, Yen-Jing Ting et Po-Han Chiang

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Conceptualisation : PHC, CLS Méthodologie : PHC, CLS, CCC, PHY, JXH Investigation : CLS, CCC, PHY, JXH, YJT Analyse formelle : CLS, CCC, JXH, YJT Visualisation : CLS, CCC, PHY, JXH, YJT, PHC Acquisition de financement : PHC Administration du projet : PHC Supervision : PHC Rédaction — ébauche originale : PHC Rédaction — révision et édition : PHC, CLS, CCC, PHY, JXH, YJT

Correspondance à Po-Han Chiang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Communications Biology remercie Rahul Srinivasan et Xiaoming Jin pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Rédacteurs en chef de la manipulation principale : Eliana Scemes et Gene Chong. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Su, CL., Cheng, CC., Yen, PH. et coll. Neuromodulation sans fil in vitro et in vivo par stimulation magnétomécanique intrinsèque médiée par le TRPC. Commun Biol 5, 1166 (2022). https://doi.org/10.1038/s42003-022-04124-y

Télécharger la citation

Reçu : 14 février 2022

Accepté : 17 octobre 2022

Publié: 02 novembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s42003-022-04124-y

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.

Blog

Neuromodulation sans fil in vitro et in vivo par TRPC intrinsèque