超声激活的纳米粒子将药物输送到靶向大脑区域

虽然超声波已被广泛用于医学成像，但它也有各种治疗应用。该技术可能有助于在需要药物治疗的疾病和病症的精确位置释放药物

理想情况下，药物只会在特定的感兴趣区域以高浓度释放，以最大限度地发挥益处并最大限度地减少副作用。然而，在身体的特定部位，包括大脑，选择性地释放药物一直是一个挑战。研究人员通过设计超声敏感纳米粒子来解决这个问题，当被聚焦超声激活时，这些纳米粒子会在目标部位释放药物

在一项概念验证研究中，犹他大学的研究人员测试了这种方法是否可以在非人类灵长类动物大脑的特定区域释放药物

发表在《控制释放杂志》上的研究结果表明，超声敏感纳米颗粒在特定的深部大脑区域释放了大量麻醉剂异丙酚。治疗被发现是安全有效的，结果是可逆的

犹他大学生物医学工程助理教授、该研究通讯作者Jan Kubanek博士说：“使用超声敏感纳米颗粒的主要好处是，它们封装了药物，使其与身体的相互作用最小化，除非是通过聚焦超声释放。”

他补充道：“这可能使我们能够在不使整个大脑和身体暴露于药物的情况下，治疗大脑中调节不足或功能失调的电路。”

设计纳米载体以输送药物有效载荷

研究人员设计了具有三层的新型纳米粒子：由对超声激活有反应的造影剂组成的内核、包裹药物的第二层和外壳

该设计基于之前对啮齿动物的研究，该研究表明，纳米粒子可以含有造影剂，在与高频超声波相互作用时，造影剂会从液体变为气体。这种方法有助于在精确的位置控制药物的释放

然而，先前研究的一个局限性是，纳米颗粒在进入血液时是不稳定的，这引发了安全问题

Kubanek的团队通过选择不同的造影剂并在设计中添加外壳来提高纳米粒子的稳定性。他们还封装了药物，以防止它与周围的组织和器官相互作用，直到它被超声波激活并释放到目标大脑区域

在大型动物模型中的评估

研究人员用低剂量的丙泊酚（一种抑制神经回路的麻醉剂）加载纳米载体，以评估其联合方法的安全性和有效性

他们选择丙泊酚是因为这种药物在临床上使用，会引起明确的神经抑制，并且对大脑回路的影响很快发生。这使得研究人员能够测试纳米载体是否按预期释放药物

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他们使用一个既定的视觉选择实验来确定在特定的视觉大脑区域释放丙泊酚是否会影响猴子的行为。简而言之，动物被展示了两个目标——左侧和右侧的闪光。它们通过在那个方向上做一个眼球运动来指示哪个目标首先出现

研究人员专注于左右外侧膝状体核，或LGN，这是大脑中对视觉很重要的小结构

由于每个LGN都从另一侧获得输入，研究人员预计，抑制一侧的LGN会影响另一侧的视力。例如，直接向右侧LGN注射丙泊酚会损害动物左侧的视觉感知，动物会倾向于选择右侧的靶点

通过注射将负载丙泊酚的纳米颗粒注入血液后，研究人员向右侧或左侧LGN发出1分钟的超声脉冲，并观察动物对刺激的反应

正如预测的那样，当丙泊酚在右侧LGN中释放时，动物选择了右侧的靶点。相反的情况也发生了，当丙泊酚在左侧LGN中释放时，动物选择了左侧的靶点

研究人员得出结论，与单独使用超声波相比，丙泊酚的选择性释放调节了受试者的视觉选择行为，这是丙泊酚和大脑靶侧特有的

研究人员还发现，低剂量的丙泊酚在超声波激活下实现了靶向脑输送，并最大限度地减少了其与组织和器官的相互作用。这可能表明，较低剂量的药物可能会达到预期的效果

此外，该研究发现，纳米粒子在血液中循环的平均时间约为30分钟，这为人类应用提供了一个实用的时间窗口

NIBIB应用科学与技术部主任Guoying Liu博士说：“这项研究很重要，因为它证明了一种安全有效的方法，可以在清醒、有行为的灵长类动物中按需释放药物，而不是以前使用啮齿动物的研究，从而为未来的临床转化迈出了关键的一步。”

该研究有两个报告的局限性：释放没有使用成像方式进行验证，报告的行为影响可能受到行为适应和潜在的其他认知影响

然而，通过对比两个大脑部位的药物释放，以及对比丙泊酚填充的纳米颗粒与生理盐水和空纳米颗粒，这些局限性得到了缓解

展望未来

研究人员的目标是最终将他们的配方应用于各种产生副作用的药物，包括化疗

库巴内克说：“这种方法的一个主要优势是，纳米颗粒被设计成携带任何药物，并在超声激活时释放，因此该系统可用于治疗癌症、疼痛或成瘾。”

除了在非人类灵长类动物中进行额外测试外，研究团队还在胶质母细胞瘤小鼠模型中测试这种靶向释放方法在提供化疗方面的潜力，胶质母细胞癌是最常见、最具攻击性和最致命性的癌症

这篇科学亮点描述了一项基础研究发现。基础研究增加了我们对人类行为和生物学的理解，这是推进预防、诊断和治疗疾病的新方法和更好方法的基础

科学是一个不可预测和渐进的过程——每一项研究进展都建立在过去的发现之上，往往以意想不到的方式。如果没有基础基础研究的知识，大多数临床进步都是不可能的 More information: Matthew G. Wilson et al, Remotely controlled drug release in deep brain regions of non-human primates, Journal of Controlled Release (2024). DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.04.013

Journal information: Journal of Controlled Release