植入式傳感器無毒可生物降解，助力藥物從血管進(jìn)入腦組織

康涅狄格大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)了一種無毒、可生物降解的裝置，該裝置可以幫助藥物從血管進(jìn)入腦組織——這是傳統(tǒng)的通過人體防御機(jī)制進(jìn)行阻斷的途徑。他們在 12 月 23 日的 PNAS 雜志上介紹了他們的發(fā)明。

Thanh Nguyen 教授（中間）以及其研究生 Thinh Le（左邊）和 Eli Curry（右邊）展示了他們研發(fā)的材料樣本，這些材料可以更容易地治療大腦疾病。圖片來源：Thanh Nguyen

大腦中的血管由緊密結(jié)合的細(xì)胞排列起來，從而形成一個(gè)所謂的血腦屏障，該屏障可以將大腦本身與細(xì)菌和毒素進(jìn)行隔離。但是，這種血腦屏障也阻斷了治療腦部疾病的藥物。

康涅狄格大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師 Thanh Nguyen 說：“超聲波是能夠通過該屏障的一種安全且有效的方法?！睂⒊暡ň劢褂诤线m位置，可以震動(dòng)血管內(nèi)的細(xì)胞，然后就能夠打開血腦屏障的短暫裂縫，該裂縫足夠大，足以使藥物通過。但是，要做到這一點(diǎn)，目前的超聲波技術(shù)需要在一個(gè)人的頭骨周圍排列多個(gè)超聲波源，然后使用 MRI 機(jī)器來引導(dǎo)操作人員在正確位置進(jìn)行超聲波聚焦。每當(dāng)一個(gè)人需要一劑藥物時(shí)，做這件事是笨重、困難且昂貴的。

還有另一種方法：植入設(shè)備可以在大腦中局部應(yīng)用超聲波。其精確度和可重復(fù)性要高得多，但大多數(shù)超聲傳感器都含有鉛等有毒物質(zhì)。它們必須在使用后進(jìn)行手術(shù)移除，且有可能傷害大腦組織。

Nguyen 認(rèn)為可能會(huì)有更好的工具來實(shí)現(xiàn)這一目的。他的實(shí)驗(yàn)室專門研究壓電生物材料。壓電材料將物理應(yīng)變（比如彎曲或壓縮）轉(zhuǎn)化為電，反之亦然。這些材料能夠利用電來制造振動(dòng)，是傳感器的完美材料。

Nguyen 的研究生 Eli Curry 發(fā)現(xiàn)了如何將可生物降解的聚合物聚L-乳酸（PLLA）紡成寬度僅 200 納米而長度為數(shù)十至數(shù)百微米的微小納米纖維。當(dāng)研究人員在這種紡絲過程中施加高壓時(shí)，纖維就會(huì)拉伸并對齊。由于對齊，于是它們就可以編織成一個(gè)網(wǎng)格。纖維的排列增強(qiáng)了它們的壓電響應(yīng)，與聚合物的常規(guī)薄膜相比，納米纖維 PLLA 能夠使用更少的電能來產(chǎn)生較大振動(dòng)。這些高度壓電的納米纖維使得研究人員能夠制造出一種靈敏的、可生物降解的植入式傳感器，它可以無線測量器官內(nèi)的壓力。同一傳感器也可以作為超聲波傳感器。

PLLA 常用于溶解外科縫合線，是一種非常安全的生物相容性材料。因此，當(dāng)研究生 ThinhLe 將 PLLA 傳感器植入小鼠時(shí)，他發(fā)現(xiàn)這些傳感器能夠安全地進(jìn)行生物降解。最重要的是，該裝置可以產(chǎn)生控制良好的超聲波，可以局部打開血腦屏障，從而幫助注射到血液中的藥物進(jìn)入腦組織。該超聲波設(shè)備甚至可以充當(dāng)揚(yáng)聲器，產(chǎn)生可聽到的聲音或播放音樂。

Nguyen 說道，“這一概念證明過程令人興奮，它是第一個(gè)由普通和安全的醫(yī)療材料制成的生物降解傳感器?！彼J(rèn)為，研究小組仍然需要研究如何優(yōu)化強(qiáng)度，從而獲得血腦屏障的良好裂縫，以及在不損害血管或大腦的情況下，確保有足夠空間可供大藥物分子通過。為了使這種裝置能夠適用于人類，它將需要更長的測試時(shí)間，對于那些比老鼠大的動(dòng)物來說也是如此。