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聚焦超聲介導(dǎo)血腦屏障開放的生物物理學(xué)機(jī)制

MEMS ? 來源:MEMS ? 作者:MEMS ? 2022-10-18 15:50 ? 次閱讀
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近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所研究員嚴(yán)飛受Advanced Drug Delivery Reviews編輯部邀請(qǐng),在線發(fā)表了綜述文章。文章對(duì)聚焦超聲開放血腦屏障的機(jī)制進(jìn)行了探討,重點(diǎn)介紹了適用于血腦屏障開放的超聲造影劑及其介導(dǎo)超聲開放血腦屏障技術(shù)在腦疾病中的基礎(chǔ)與臨床研究概況和發(fā)展前景。

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腦疾病(如腦腫瘤、帕金森癥、阿爾茨海默病等)是近年來危害人們生命健康、發(fā)病率最高疾病之一。藥物治療是治療腦疾病的重要方式,但絕大多數(shù)的藥物效果不理想,這主要是由于藥物經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入腦部病變部位的濃度不足所導(dǎo)致的。

而妨礙藥物進(jìn)入大腦病灶的罪魁禍?zhǔn)?,便是介于血液與腦組織之間的“血腦屏障(Blood brain barrier, BBB)”,它是一種由無窗孔的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及細(xì)胞間緊密連接、基膜、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞足突共同組成的一種正常生理性屏障結(jié)構(gòu)。由于腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞之間幾乎沒有間隙,近管腔面緊密連接并環(huán)繞成帶,形成一個(gè)完整的屏障界面。在正常生理?xiàng)l件下,BBB這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)在維持中樞系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用,只允許高脂溶性的、低分子量(< 400Da)的營養(yǎng)物質(zhì)通過,同時(shí)保護(hù)大腦免受病原生物、毒性分子甚至機(jī)體自身免疫系統(tǒng)的侵?jǐn)_,保持腦的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。然而,在病理?xiàng)l件下,這種BBB結(jié)構(gòu)卻阻擋了絕大多數(shù)治療性藥物的進(jìn)大腦入,成為腦疾病治療中難以逾越的障礙。因此,尋求一種新的無創(chuàng)、準(zhǔn)確、安全、可局部開放BBB的技術(shù)或手段成了眾多顱內(nèi)疾病藥理學(xué)家的研究目標(biāo)。

文章指出,聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障是一項(xiàng)近年來發(fā)展起來的顱內(nèi)藥物靶向遞送新技術(shù),其原理是利用低頻聚焦超聲可穿透顱骨在大腦內(nèi)形成聚焦,并誘導(dǎo)顱內(nèi)血管中的微泡產(chǎn)生震蕩、膨脹、收縮以及內(nèi)爆等一系列空化效應(yīng),顱內(nèi)血管的BBB結(jié)構(gòu)被拉伸、撐開,導(dǎo)致BBB的開放。相比于其他受體介導(dǎo)的顱內(nèi)藥物遞送系統(tǒng),聚焦超聲介導(dǎo)血腦屏障開放遞送系統(tǒng)具有以下幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì):(1)聚焦超聲是非侵入性的,在低功率的條件下對(duì)顱骨沒有物理損傷;(2)聚焦超聲可將超聲能量聚集到顱內(nèi)病灶部位,從而可以局部可逆地開啟血腦屏障;(3)聚集超聲開放血腦屏障技術(shù)可與其他影像模態(tài)(如MRI)結(jié)合實(shí)現(xiàn)影像引導(dǎo)的局部BBB開放。近年來,聚焦超聲介導(dǎo)血腦屏障開放技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到臨床實(shí)驗(yàn),其安全性和有效性也已經(jīng)得到了臨床證據(jù)的支持。

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在這篇綜述中,作者首先介紹了聚焦超聲介導(dǎo)血腦屏障開放的生物物理學(xué)機(jī)制。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了微泡在超聲刺激下產(chǎn)生的穩(wěn)定空化和慣性空化效應(yīng)分別在BBB開放中的作用,如聲穿孔、增強(qiáng)的內(nèi)吞作用、緊密連接破壞、血管周圍空間擴(kuò)張和細(xì)胞外基質(zhì)滲透。在低聲壓下,微泡與聲波同步體積壓縮和膨脹,從而產(chǎn)生推拉相互作用力和輻射力打開血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接;而在高聲壓下,微泡劇烈爆破,產(chǎn)生的微射流、沖擊波導(dǎo)致大規(guī)模的BBB開放以及細(xì)胞膜穿孔。

文章闡述了診斷性微泡、治療性微泡以及診療性微泡的特征及其在開放血腦屏障中的應(yīng)用。治療藥物不僅可以通過靜電相互作用附著到微泡的表面;還可以通過疏水相互作用包埋于微泡殼中或者包封在微泡的空腔內(nèi)。這些載藥微泡可在聚焦超聲的作用下產(chǎn)生空化效應(yīng)打開血腦屏障,超聲爆破后還可以釋放其攜載的藥物并經(jīng)開放的血腦屏障進(jìn)入到大腦的特定病灶部位。

最后,文章總結(jié)了監(jiān)控和評(píng)價(jià)超聲介導(dǎo)血腦屏障開放的影像學(xué)方法和相關(guān)的臨床實(shí)驗(yàn),包括使用磁共振引導(dǎo)和評(píng)估超聲聯(lián)合微泡開放治療腦膠質(zhì)瘤、阿爾茨海默病以及帕金森癥,為超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化鋪平了道路。

審核編輯:郭婷

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原文標(biāo)題:超聲介導(dǎo)血腦屏障開放:有效的腦部藥物輸送系統(tǒng)

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