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Neuromodulation technologies are crucial for investigating neuronal connectivity and brain function. Magnetic neuromodulation offers wireless and remote deep brain stimulations that are lacking in optogenetic- and wired-electrode-based tools. However, due to the limited understanding of working principles and poorly designed magnetic operating systems, earlier magnetic approaches have yet to be utilized. Furthermore, despite its importance in neuroscience research, cell-type-specific magnetic neuromodulation has remained elusive. Here we present a nanomaterials-based magnetogenetic toolbox, in conjunction with Cre-loxP technology, to selectively activate genetically encoded Piezo1 ion channels in targeted neuronal populations via torque generated by the nanomagnetic actuators in vitro and in vivo. We demonstrate this cell-type-targeting magnetic approach for remote and spatiotemporal precise control of deep brain neural activity in multiple behavioural models, such as bidirectional feeding control, long-term neuromodulation for weight control in obese mice and wireless modulation of social behaviours in multiple mice in the same physical space. Our study demonstrates the potential of cell-type-specific magnetogenetics as an effective and reliable research tool for life sciences, especially in wireless, long-term and freely behaving animals.

Neuromodulationstechnologien sind für die Untersuchung der neuronalen Konnektivität und der Gehirnfunktion von entscheidender Bedeutung. Die magnetische Neuromodulation bietet drahtlose und ferngesteuerte tiefe Hirnstimulationen, die bei optogenetischen und kabelgebundenen Elektroden nicht möglich sind. Aufgrund des begrenzten Verständnisses der Funktionsprinzipien und schlecht konzipierter magnetischer Betriebssysteme werden frühere magnetische Ansätze jedoch noch nicht genutzt. Darüber hinaus ist die zelltypspezifische magnetische Neuromodulation trotz ihrer Bedeutung für die neurowissenschaftliche Forschung noch immer schwer zu fassen. Hier stellen wir einen auf Nanomaterialien basierenden magnetogenetischen Werkzeugkasten in Verbindung mit der Cre-loxP-Technologie vor, um genetisch kodierte Piezo1-Ionenkanäle in gezielten neuronalen Populationen durch das von den nanomagnetischen Aktuatoren erzeugte Drehmoment in vitro und in vivo selektiv zu aktivieren. Wir demonstrieren diesen zelltypspezifischen magnetischen Ansatz für die räumlich und zeitlich präzise Steuerung der neuronalen Aktivität in der Tiefe des Gehirns in mehreren Verhaltensmodellen, wie z. B. der bidirektionalen Fütterungskontrolle, der langfristigen Neuromodulation zur Gewichtskontrolle bei fettleibigen Mäusen und der drahtlosen Modulation des Sozialverhaltens bei mehreren Mäusen im selben Raum. Unsere Studie zeigt das Potenzial der zelltypspezifischen Magnetogenetik als wirksames und zuverlässiges Forschungsinstrument für die Biowissenschaften, insbesondere bei drahtlosen, langfristigen und frei agierenden Tieren.

Die Studie gibt's hier. Leider hinter der Paywall. Siehe dazu diesen Bericht.