Non-contact long-range magnetic stimulation of mechanosensitive ion channels in freely moving animals

机械敏感通道 压电1 离子通道 神经刺激 材料科学 磁性纳米粒子 神经调节 磁性 纳米技术 刺激 神经科学 物理 化学 生物 纳米颗粒 受体 量子力学 生物化学
作者
Jung Uk Lee,Wookjin Shin,Yongjun Lim,Jungsil Kim,Woon Ryoung Kim,Heehun Kim,Jae Hyun Lee,Jinwoo Cheon
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:20 (7): 1029-1036 被引量:94
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00896-y
摘要

Among physical stimulation modalities, magnetism has clear advantages, such as deep penetration and untethered interventions in biological subjects. However, some of the working principles and effectiveness of existing magnetic neurostimulation approaches have been challenged, leaving questions to be answered. Here we introduce m-Torquer, a magnetic toolkit that mimics magnetoreception in nature. It comprises a nanoscale magnetic torque actuator and a circular magnet array, which deliver piconewton-scale forces to cells over a working range of ~70 cm. With m-Torquer, stimulation of neurons expressing bona fide mechanosensitive ion channel Piezo1 enables consistent and reproducible neuromodulation in freely moving mice. With its long working distance and cellular targeting capability, m-Torquer provides versatility in its use, which can range from single cells to in vivo systems, with the potential application in large animals such as primates. A magnetic torque actuator has been developed and is capable of modulation of neurons expressing the mechanosensitive ion channel, Piezo1, resulting in long-distance control of locomotion of mice.
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