一項突破性研究實現了利用超音波引導的微氣泡在腦血管中導航。這種方法有望以更有針對性、創傷更小的方式治​​療與大腦有關的疾病，包括腫瘤和心理障礙，並有可能減少藥物的副作用。

腦腫瘤、腦出血以及神經和心理疾病通常很難透過藥物治療。即使有有效的藥物，這些藥物也往往會產生嚴重的副作用，因為它們會在整個大腦中循環，而不僅僅是在它們要治療的部位。有鑑於這種情況，研究人員寄予厚望，希望有一天能提供更有針對性的方法，將藥物輸送到非常明確的位置。為此，他們正在開發可在密集的血管迷宮中穿行的微型運輸器。

蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的研究人員首次證明，利用超音波可以引導微型載體穿過小鼠大腦中的血管。他們希望，這最終將帶來能夠精確給藥的治療方法。

在過去幾年中，蘇黎世聯邦理工學院開發的一種利用超音波控制微小載體的技術在大腦中也能發揮作用，研究人員現在已經能夠證明這一點。

這些微載體是氣泡，對人體無害，一旦完成任務就會溶解。將來，這些微載體可以裝載藥物，並將藥物輸送到大腦的特定部位。這可以提高藥物的療效，減少副作用。

蘇黎世聯邦理工學院、蘇黎世大學和蘇黎世大學醫院的研究人員現在首次成功地利用超音波引導微型運輸工具穿過動物大腦的血管。

大腦中的血液供應非常複雜，引導微載體通過血液也是一項複雜的工作。圖片來源：科學圖片庫/法蘭西斯-勒羅伊

超音波代替磁力

與磁場導航等其他導航技術相比，超音波具有一定的優勢。蘇黎世聯邦理工學院聲學機器人學教授、本研究負責人丹尼爾-艾哈邁德（Daniel Ahmed）解釋說：「超音波除了廣泛應用於醫療領域外，還具有安全和深入人體的特點」。

艾哈邁德和他的同事在微型載體上使用了塗有脂質的充氣微氣泡–生物細胞膜也是由這種物質構成的。這些氣泡直徑為1.5 微米，目前​​在超音波成像中用作造影劑。

正如研究人員現在所展示的，這些微氣泡可以被引導穿過血管。艾哈邁德說：”由於這些氣泡或囊泡已獲準用於人體，與目前正在開發的其​​他類型的微囊泡相比，我們的技術很可能會更快地獲得批准並用於人體治療。他於2019年獲得了歐洲研究理事會ERC的啟動基金，用於研究和開發這項技術。”

橘色微載體群集的腦血管（顯微圖片）。圖片來源： Del Campo Fonseca 等人，《自然通訊》2023 年，蘇黎世聯邦理工學院編輯

超音波引導微氣泡的另一個好處是，一旦完成任務，它們就會在體內溶解。使用另一種方​​法（磁場）時，微載體必須具有磁性，而開發可生物降解的微載體並非易事。此外，蘇黎世聯邦理工學院研究人員開發的微氣泡又小又光滑。艾哈邁德研究小組的博士生、本研究的第一作者亞歷克西婭-德爾坎波-豐塞卡（Alexia Del Campo Fonseca）說：”這使我們很容易引導它們沿著狹窄的毛細血管前進。”

在血管中逆流而上

在過去的幾年裡，艾哈邁德和他的研究小組一直在實驗室裡開發引導微氣泡通過狹窄血管的方法。現在，他們與蘇黎世大學和蘇黎世大學醫院的研究人員合作，在小鼠大腦血管中測試了這種方法。研究人員將氣泡注入囓齒動物的循環系統，在沒有任何外力幫助的情況下，氣泡會在血液中流動。不過，研究人員設法用超音波將小泡固定住，並引導它們逆著血液流動的方向通過腦血管。研究人員甚至能夠引導氣泡穿過錯綜複雜的血管，或讓它們多次改變方向，以便將它們引導到最狹窄的血流分支。

為了控制微載體的運動，研究人員還在每隻小鼠的頭骨外側安裝了四個小型感測器。這些裝置會產生超音波範圍內的振動，這些振動會以波浪的形式在大腦中傳播。在大腦的某些位置，兩個或更多感測器發出的波可以相互放大或相互抵消。研究人員使用一種複雜的方法來引導氣泡，調整每個換能器的輸出。即時成像可以顯示氣泡移動的方向。

為了製作這項研究的成像，研究人員使用了雙光子顯微鏡。未來，他們也希望使用超音波本身進行成像，並計劃為此目的增強超音波技術。

在這項研究中，微氣泡沒有配備藥物。研究人員首先想證明，他們可以引導微載體沿著血管前進，而且這種技術適合在大腦中使用。在腦部的醫療應用前景廣闊，包括治療癌症、中風和心理疾病。研究人員的下一步將是把藥物分子附著在氣泡外殼外部以便運輸。他們希望將整個方法提升到可用於人體的程度，希望有朝一日能為開發新的治療方法奠定基礎。

編譯來源：ScitechDaily