A nanoparticle-based wireless deep brain stimulation system that reverses Parkinson’s disease

帕金森病 脑深部刺激 神经科学 刺激 疾病 医学 计算机科学 生物 病理
作者
Junguang Wu,Xuejing Cui,Lin Bao,Guanyu Liu,Xiaoyu Wang,Chunying Chen
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (3): eado4927-eado4927 被引量:26
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado4927
摘要

Deep brain stimulation technology enables the neural modulation with precise spatial control but requires permanent implantation of conduits. Here, we describe a photothermal wireless deep brain stimulation nanosystem capable of eliminating α-synuclein aggregates and restoring degenerated dopamine neurons in the substantia nigra to treat Parkinson's disease. This nanosystem (ATB NPs) consists of gold nanoshell, an antibody against the heat-sensitive transient receptor potential vanilloid family member 1 (TRPV1), and β-synuclein (β-syn) peptides with a near infrared-responsive linker. ATB NPs by stereotactic injection target dopamine neurons expressing TRPV1 receptors in the substantia nigra. Upon pulsed near-infrared irradiation, ATB NPs, serving as nanoantennae, convert the light into heat, leading to calcium ion influx, depolarization, and action potentials in dopamine neurons through TRPV1 receptors. Simultaneously, β-synuclein peptides released from ATB NPs cooperate with chaperone-mediated autophagy initiated by heat shock protein, HSC70, to effectively eliminate α-synuclein fibrils in neurons. These orchestrated actions restored pathological dopamine neurons and locomotor behaviors of Parkinson's disease.
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