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这种超薄微型系统可以将药物直接输送到大脑

1970-01-01 作者:admin   |   浏览(10)

这些设备可用于输送小剂量的一种或多种药物。图片:M. Scott Brauer

麻省理工学院的研究人员已经设计出一种小型化系统,可以向1立方毫米以下的大脑区域输送少量药物。研究人员说,这种有针对性的剂量可以治疗影响非常特定脑电路的疾病,而不会干扰大脑其他部分的正常功能。

使用这种由几根管组成的装置,这种装置包含在一根与人类头发一样薄的针中,研究人员可以在脑内深处提供一种或多种药物,并对药物的给药量以及给药方式进行非常精确的控制。在对老鼠的研究中,他们发现它们可以提供靶向剂量的影响动物运动功能的药物。

“我们可以输注非常少量的多种药物,与我们可以静脉或口服的药物相比,还可以通过药物输注来操纵行为变化,”LG电子媒体艺术与科学职业发展助理教授兼第一作者Canan Dagdeviren说。该论文出现在1月24日的“科学转化医学”(Science Translational Medicine / em)上。

“我们相信这种微小的微型器件可以对理解脑部疾病产生巨大的影响,并为生物药品的传递提供新的途径,并在大脑中进行生物传感。”麻省理工学院David H. Koch研究所教授R​​obert Langer说。论文的高级作者。

Michael Cima,材料科学与工程系的David H. Koch工程教授,麻省理工学院Koch综合癌症研究所的成员,也是本文的资深作者。

有针对性的行动

用于治疗大脑障碍的药物通常与称为神经递质的大脑化学物质或与神经递质相互作用的细胞受体相互作用。例子包括用于治疗帕金森病的多巴胺前体l-dopa和用于增加抑郁症患者血清素水平的Prozac。然而,这些药物可能有副作用,因为它们在大脑中起作用。

“中枢神经系统药物的问题之一是它们不具体,如果你口服他们,他们到处都是。我们能够限制暴露的唯一方法就是提供一个立方毫米的大脑,为了做到这一点,你必须有非常小的套管,“西玛说。

麻省理工学院的团队着手开发小型化套管(一种用于输送药物的细管),可以针对非常小的区域。使用微制造技术,研究人员构建了直径约30微米,长度可达10厘米的管。这些管包含在直径约150微米的不锈钢针内。 “该设备非常稳定和强大,你可以将它放在你感兴趣的任何地方,”Dagdeviren说。

研究人员将插管连接到可以植入皮肤下的小型泵。研究人员利用这些泵,显示他们可以将大量微量(数百纳升)的药物输入大鼠的大脑。在一个实验中,他们将一种名为muscimol的药物运送到大脑区域,称为黑质,它位于大脑深处并有助于控制运动。

以前的研究表明,muscimol诱发的症状与帕金森病中的症状相似。研究人员能够产生这些效应,包括刺激大鼠不断地以顺时针方向转动,使用小型化的输送针。他们还表明,他们可以通过不同的渠道递送一剂盐水来阻止帕金森病的行为,将药物清除。

“由于该设备可以定制,未来我们可以针对不同的化学品或光照产生不同的通道,以针对肿瘤或帕金森病或阿尔茨海默病等神经系统疾病,”Dagdeviren说。

这种装置还可以更容易地为诸如成瘾或强迫症等行为性神经障碍提供潜在的新疗法,这可能是由于大脑不同部分彼此之间的相互沟通的具体干扰造成的。

“即使科学家和临床医生能够确定一种治疗分子来治疗神经疾病,仍然存在着如何将治疗方案交付给正确细胞的难题 - 这些疾病中最受影响的细胞。由于大脑结构复杂,迫切需要在本地提供药物或相关治疗药物的新准确方法,“麻省理工学院教授,​​麻省理工学院麦戈文脑研究所的成员Ann Graybiel说道,他同时也是该研究的作者之一纸。

测量药物反应

研究人员还表示,他们可以将电极结合到套管的尖端,这可以用来监测药物治疗后神经元的电活动变化。他们现在正在努力调整设备,以便它可以用于测量药物治疗后大脑中发生的化学或机械变化。

研究人员说,这些插管可以制造成几乎任何长度或厚度,使得它可以适用于不同大小的脑部,包括人类的大脑。

“这项研究提供概念验证实验,在大型动物模型中,一个小型,小型化的设备可以安全地植入大脑,并提供对单个神经元或小组神经元的电活动和功能的小型化控制。这种影响可能对脑部疾病如帕金森氏病有重要意义,“布拉根妇女医院神经外科主任兼神经外科主任Antonio Chiocca说,他没有参与这项研究。

该研究由美国国立卫生研究院和国家生物医学成像和生物工程研究所资助。

出版物:Canan Dagdeviren等,“用于慢性局部脑内药物递送的小型化神经系统,”Science Translational Medicine 24 Jan 2018:Vol。 10,Issue 425,eaan2742; DOI:10.1126 / scitranslmed.aan2742

资料来源:MIT新闻办公室Anne Trafton