資料來源:
哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院
摘要:
穿透血腦屏幕的分子的大小可以通過利用聲壓來進(jìn)行控制——一個超聲波束的壓力——從而使特定的分子穿過,一項(xiàng)新的技術(shù)已經(jīng)首次對此進(jìn)行了證實(shí)。這種創(chuàng)新的方法可以有助于提高藥物對大腦的輸送。大部分小的——以及所有大的——分子類藥物目前無法穿透位于血管床和腦組織之間的血腦屏障。“這樣一來,”一位研究人員解釋稱,“所有的中樞神經(jīng)系統(tǒng)最終仍然保持著未被治療的狀態(tài)。”
這項(xiàng)由哥倫比亞工程學(xué)院放射和生物醫(yī)學(xué)工程系的教授艾莉莎•孔奴法高開發(fā)的新技術(shù)已經(jīng)首次證實(shí)了穿透血腦屏幕(BBB)的分子的大小可以通過利用聲壓來進(jìn)行控制——一個超聲波束的壓力——從而使特定的分子穿過。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表于《腦血流與代謝》雜志的七月號中。
“這對于使藥物精確地、非侵入性的以及安全地傳送到大腦特定部位來說是一項(xiàng)重要的突破,并且可能有助于像帕金森氏癥和阿爾茨海默氏癥這樣的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療,”孔奴法高表示,其國家衛(wèi)生研究院的研究項(xiàng)目資助(R01)資金又延長了四年,額外資助222萬美元。該獎項(xiàng)用于通過一個治療帕金森氏癥的特定應(yīng)用來確定分子在控制藥物安通過BBB的安全性和有效性方面的作用的研究。
大部分小的——以及所有大的——分子類藥物目前無法穿透位于血管床和腦組織之間的血腦屏障。“這樣一來,”一位研究人員解釋稱,“所有的中樞神經(jīng)系統(tǒng)最終仍然保持著未被治療的狀態(tài)。例如,我們知道,帕金森氏癥可以通過將治療分子傳送到神經(jīng)細(xì)胞從而阻礙它們的緩慢死亡而獲得益處。但是由于這層幾乎無法滲透的屏障,這些藥物只能直接向大腦注射,并且這需要麻醉和鉆顱,與此同時增加了感染的風(fēng)險并且限制了注射位點(diǎn)的數(shù)目。并且經(jīng)顱進(jìn)行的注射很少能夠起作用——只有大約十分之一的注射是成功的。”
與微泡結(jié)合的聚集超聲——由蛋白質(zhì)或脂質(zhì)殼涂覆的充有氣體的氣泡——仍然是安全、非侵入性地穿透BBB的唯一方法。當(dāng)微氣泡受到超聲波束的攻擊時,它們開始振蕩,并且根據(jù)該壓力的大小,繼續(xù)振蕩或瓦解。盡管研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn),將聚集超聲與微泡空化組合在一起能夠成功地用于治療性藥物穿過血腦屏障的傳輸,但是幾乎所有的早期研究都被限制在了一個市售的并且在臨床上作為超聲對比劑而廣泛使用的特定大小的試劑。孔奴法高和她的研究小組都確信有一種方法能夠誘使一個尺寸可控的血腦屏障開口,從而實(shí)現(xiàn)一個更有效的改善大腦局部藥物輸送的方法。
孔奴法高針對大腦的記憶中心——海馬,并且給予了不同大小的糖分子(葡聚糖)。她發(fā)現(xiàn),正如熒光成像所證實(shí)的,較高的聲壓令較大的分子堆積在海馬中。這表明,超聲波束的壓力可以根據(jù)需要輸送到大腦的藥物的尺寸來進(jìn)行調(diào)整:所有不同尺寸的分子都能夠穿透打開的屏障,但是是在不同的壓力下,即,小分子在較低壓力下穿透,而大分子則在較高壓力下穿透。
“通過這項(xiàng)研究,我們已經(jīng)能夠首次表明,我們可以通過聲壓的使用來控制血腦屏障的開口尺寸,”孔奴法高表示。“我們還了解到了許多關(guān)于不同尺寸的試劑穿透血腦屏障來進(jìn)行輸送的物理機(jī)制,并且也了解到血腦屏障的機(jī)構(gòu)有助于我們開發(fā)試劑具體尺寸的聚集超聲治療方案。”
孔奴法高和她的超聲彈性成像實(shí)驗(yàn)室小組計劃繼續(xù)通過一系列的模型來研究阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥的治療方法,并且希望在未來五年內(nèi)對她們的技術(shù)進(jìn)行測試。
“認(rèn)為在21世紀(jì)我們目前仍然不知道如何治療大部分腦部疾病的想法是可怕的,”孔奴法高補(bǔ)充道。“但是我們真的非常興奮,因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在擁有一項(xiàng)能夠潛在改變目前關(guān)于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷的可怕預(yù)言的工具。”
內(nèi)情來源:
上述內(nèi)容是基于哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院所提供的資料撰寫的。注:材料可能對內(nèi)容和長度進(jìn)行了編輯。
參考雜志:
陳紅、艾莉斯E•孔奴法高,“通過聚集超聲波誘導(dǎo)的血腦屏障開放的大小是由聲壓決定的”;《腦血流與代謝》雜志,2014;34 (7): 1197 DOI: 10.1038/jcbfm.2014.71