获得药物过去大脑的独特和保护血管,血脑屏障,最大的挑战之一是在治疗大脑和中枢神经系统疾病,振鹏秦博士说,机械工程学副教授UT达拉斯和共同通讯作者研究的描述方法。这项技术利用光和纳米颗粒暂时撬开这些屏障——称为紧密连接——让药物到达目标。

9月13日在线发表在《纳米快报》(Nano Letters)上的一项研究中，秦和他在埃里克·琼森工程与计算机科学学院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)以及其他机构的同事在老鼠身上展示了这种方法。

这些发现是德克萨斯州癌症预防和研究所(CPRIT)资助的一项为期五年的研究的结果。秦教授说，这种方法可能有助于治疗脑肿瘤和肌萎缩性侧索硬化症(又称肌萎缩性侧索硬化症)。帮助中风恢复;并进行基因治疗。秦说，在将其用于人类之前，还需要进一步的开发和测试。

“提高血脑屏障(BBB)通透性的方法对推进中枢神经系统疾病的治疗至关重要，”该论文的联合主要作者、达拉斯大学生物医学工程博士生李小青(Xiaoqing Li)说。

这项技术包括向血液中注射能吸收光线的金纳米颗粒，以攻击血脑屏障。研究人员在外部应用皮秒(一万亿分之一秒)激光脉冲来激活金纳米颗粒。

“这个动作产生了一种微小的机械力，可以暂时打破屏障，这样药物就可以进入血液，进入大脑，”李说。

研究表明，这种技术不会破坏血脑屏障，也不会破坏血管的收缩和扩张，也就是血管舒缩。

“我们证明，血脑屏障的通透性可以被调节，而不会对自发性血管舒解或神经血管单元的结构造成重大破坏，”机械工程研究助理、论文的联合首席作者齐蔡博士说。

在他们的实验中，研究人员用抗体、脂质体和腺相关病毒载体来测试这种方法，这些载体可以用来携带基因编辑成分。今年8月，秦获得了第四笔CPRIT资助，用于研究这种方法是否可以用于治疗成人最常见的恶性脑瘤——胶质母细胞瘤。他和他的团队的目标是设计和生产磁性纳米颗粒，可以通过刺激磁场来破坏血脑屏障。

“来自CPRIT的支持在我们的工作中发挥了重要作用，”秦说，他在2016年、2018年和2019年获得了国家机构——世界第二大癌症研究和预防项目——的资助。“当我们开始的时候，我们有一个想法，基本上是使用纳米颗粒靶向血脑屏障的特定成分，造成最小的伤害。”

纳米快报的研究涉及一个全球跨学科研究团队，包括Heather Hayenga博士和Shashank Sirsi博士，他们都是达拉斯大学生物工程助理教授。德克萨斯大学达拉斯分校的其他合著者包括李秀英博士和熊河建博士，他们是机械工程研究科学家;康培元博士，20岁，现为哈佛医学院博士后研究员。

其他合作者包括德克萨斯大学西南医学中心的研究人员:共同通讯作者Robert Bachoo博士，神经学和内科副教授;Vamsidhara Vemireddy博士，共同第一作者;神经病学和神经外科副教授、神经肿瘤科主任爱德华·潘博士。

此次合作还包括来自意大利癌症研究基金会分子肿瘤学研究所、都柏林圣三一学院(Trinity College Dublin)斯莫菲特遗传研究所(Smurfit Institute of Genetics)和加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的研究人员。

除了CPRIT，这项研究的资金还来自美国心脏协会、美国国家卫生研究院、欧洲研究理事会和卡里普洛基金会。

Journal Reference:

1. Xiaoqing Li, Vamsidhara Vemireddy, Qi Cai, Hejian Xiong, Peiyuan Kang, Xiuying Li, Monica Giannotta, Heather N. Hayenga, Edward Pan, Shashank R. Sirsi, Celine Mateo, David Kleinfeld, Chris Greene, Matthew Campbell, Elisabetta Dejana, Robert Bachoo, Zhenpeng Qin. Reversibly Modulating the Blood–Brain Barrier by Laser Stimulation of Molecular-Targeted Nanoparticles. Nano Letters, 2021; DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02996