超声引导下的显微“花”颗粒在靶向药物递送中显示出希望

如何将药物引导到体内需要发挥作用的精确位置？科学家们长期以来一直在研究这个问题。一个例子是将癌症药物直接输送到肿瘤中，使其仅在特定位置生效，而不会在身体其他部位造成副作用。目前正在进行研究，以确定活性成分可以结合的载体颗粒

这类颗粒必须满足一系列要求，包括以下三个：首先，它们必须能够吸收尽可能多的活性物质分子；其次，必须能够使用超声波等简单技术引导它们通过血流；第三，必须能够通过非侵入性成像程序追踪他们在体内的旅程。最后一点是验证药物是否已成功交付的唯一方法

找到一个满足所有这些要求的单一解决方案一直很有挑战性。苏黎世联邦理工学院领导的研究现在公布了一种符合所有这些标准的特殊粒子。这些粒子不仅有效；它们在显微镜下看起来也很引人注目，类似于微小的纸花或沙漠玫瑰。它们由极薄的花瓣组成，花瓣排列成花朵。这些花颗粒的直径为1至5微米，略小于红细胞

它们的形状有两个主要优点。首先，花颗粒的表面积与其大小有关。许多密集排列的花瓣之间的空间只有几纳米宽，就像毛孔一样。这意味着它们可以吸收大量的治疗活性物质。其次，花瓣会散射声波，或者它们可以涂上吸收光的分子，因此可以很容易地使用超声波或光声成像使其可见

Daniel Razansky和Metin Sitti领导的小组刚刚在《先进材料》杂志上发表的一项研究中报告了这些发现。Razansky是苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学的生物医学成像教授。Sitti是微型机器人领域的专家，直到最近，他还是苏黎世联邦理工学院和斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所的教授，之后搬到了伊斯坦布尔的科克大学

“以前，研究人员主要使用超声波或其他声学方法研究微小气泡作为通过血液运输的方法，”该研究的合著者、Razansky小组的博士生Paul Wred说。“我们现在已经证明，固体微粒也可以被声学引导。”花颗粒相对于气泡的优势在于，它们可以装载更多的活性成分分子

研究人员在培养皿实验中证明了花颗粒可以装载癌症药物。他们还将颗粒注射到小鼠的血液中。使用聚焦超声，他们能够将颗粒保持在循环系统内的预定位置。尽管颗粒周围的血液循环很快，但这是成功的

聚焦超声是一种将声波集中在局部位置的技术。“换句话说，我们不仅仅是注入粒子并希望最好的结果。我们实际上控制了它们，”瑞德说。研究人员希望有一天这项技术能够用于向肿瘤或阻塞血管的血栓输送药物

这些颗粒可能由多种材料制成，并根据其用途和研究人员控制颗粒位置的首选成像程序而具有不同的涂层。“基本的工作原理是基于它们的形状，而不是它们所用的材料，”Wred说

在他们的研究中，研究人员详细研究了由氧化锌制成的花颗粒。他们还测试了由聚酰亚胺和由镍和有机化合物组成的复合材料制成的颗粒

现在研究人员想完善他们的概念。他们计划首先进行更多的动物试验，之后这项技术可能对心血管疾病或癌症患者有益 More information: Dong Wook Kim et al, Hierarchical Nanostructures as Acoustically Manipulatable Multifunctional Agents in Dynamic Fluid Flow, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202404514

Journal information: Advanced Materials