透過將微粒子”背包”安裝到稱為巨噬細胞的重要發炎細胞上，研究人員大大減少了腦外傷造成的病變面積和發炎。這種新方法與生物學相輔相成，而不是背道而馳，有可能成為治療衰弱病症的有效方法。

2019 年，全球新增腦外傷病例2,716 萬例，現有腦外傷患者4,899 萬例。雖然神經發炎對於創傷性腦損傷後立即促進細胞和組織再生非常重要，但長期發炎會導致二次損傷。腦內駐留的巨噬細胞–能在促發炎和抗發炎狀態之間切換的白血球–和其他免疫細胞的活化會擴大病灶，增加憂鬱、感覺運動和記憶障礙以及失智症等併發症的可能性。

現在，哈佛大學威斯研究所的研究人員已經招募了巨噬細胞來幫助治療創傷性腦損傷。這些巨噬細胞裝有一個充滿抗發炎分子的微粒子”背包”，能顯著減少創傷性腦損傷豬的局部腦部發炎、病灶大小和出血。

研究的通訊作者之一薩米爾-米特拉戈特里（Samir Mitragotri）說：”每年都有數百萬人受到創傷性腦損傷，但目前除了控制症狀外，還沒有其他治療方法。我們應用了細胞背包技術–我們以前曾用它來改善巨噬細胞對癌症腫瘤的發炎反應-​​-在大腦中進行局部抗發炎治療，這有助於減輕在人體相關模型中導致組織損傷和死亡的一連串失控發炎。”

當腦細胞因創傷性撞擊而死亡時，它們會釋放出一種雞尾酒式的促炎細胞因子，吸引免疫細胞來修復損傷。但這些細胞激素也會破壞血腦屏障，導致血液滲入大腦，造成腫脹、氧氣供應障礙和發炎加劇。這是一個出血和損傷的惡性循環，會導致更多的細胞死亡。

根據他們之前為巨噬細胞安裝背包的工作，研究人員認為這些背包對創傷性腦損傷可能有效。

研究的共同第一作者里克-廖（Rick Liao）說：「人們普遍認為，抗發炎療法可以有效治療創傷性腦損傷，但到目前為止，還沒有一種療法被臨床證明有效。我們之前對巨噬細胞的研究表明，當它們到達受傷部位時，我們可以利用背包技術有效地引導它們的行為。由於這些細胞已經在人體對創傷性腦損傷的自然免疫反應中發揮了積極作用，我們有一種直覺，我們可以增強這種已有的生物學特性，以減少最初的損傷。”

表面附有背包（紅色）的巨噬細胞（藍綠色）哈佛大學威斯研究所

“細胞背包”由兩層外層的地塞米松（一種抗發炎類固醇藥物）和中間層的IL-4（一種免疫調節細胞激素）組成，外層的地塞米松是聚乳酸（PLGA） ，中間層的IL-4是聚乙烯醇（PVA）。將地塞米松和IL-4 結合使用可產生協同抗發炎效果。背包的平均直徑為8.2 微米，厚度為914 奈米，設計用於黏附在巨噬細胞表面。

從骨髓中培養豬巨噬細胞，並將背包附著在巨噬細胞表面，形成背包-巨噬細胞複合體。對腦組織最外層皮質受傷的創傷性腦損傷模型豬進行靜脈注射。七天后，在受傷部位觀察到的背包巨噬細胞密度高於其他腦區。

與注射生理食鹽水的豬隻相比，使用背包巨噬細胞治療後，大面積病變的總體積減少了56%，出血量也明顯減少（73立方毫米對21立方毫米）。出血量與病變體積呈正相關，顯示病變在發展過程中的出血量對其影響很大。背負式巨噬細胞可將微小病變體積（評估永久性組織損傷的指標）減少47%。使用背包治療的豬的大面積病變也有所減少。

使用背包式巨噬細胞治療前（左）和治療後（右）的豬腦，這種巨噬細胞能顯著縮小創傷性腦損傷造成的病變範圍圖/哈佛大學威斯研究所Wyss Institute at Harvard University

研究人員分析了接受治療的豬病灶中的小膠質細胞（大腦損傷修復細胞），發現與生理食鹽水組相比，促發炎標記物CD80 有所減少。經背包巨噬細胞治療的豬隻的周邊發炎生物標記也有所減少。受傷24 小時後，治療豬隻的血清腫瘤壞死因子α（TNF-237A）（發炎反應的主要調節因子）含量為82.7%，而對照組為117.5%。受傷後七天，治療組（75.2%）的血清膠質纖維酸性蛋白（GFAP）低於對照組（158.4%），後者是創傷性腦損傷和神經發炎的診斷和預後生物標記。

接受治療的豬隻的不良事件發生率與接受生理食鹽水治療的動物沒有差異。在脾臟、肝臟、腎臟和肺部均未觀察到因背負式巨噬細胞治療而引起的中毒症狀。

Wyss研究所的創始所長唐納德-英格伯（Donald Ingber）說：”巨噬細胞易受局部環境影響，這在歷史上一直阻礙著科學家充分利用它們的免疫調節能力。這項令人印象深刻的研究描述了一種以巨噬細胞為基礎的真正新穎且具有潛在威力的療法，它能以一種有效且非侵入性的方式治療炎症，而炎症正是導致人類如此多疾病的根源，它與生物學協同作用，而不是對抗生物學。

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS Nexus）雜誌。