激光+金纳米颗粒,打开血脑屏障,让药物递送更迅捷

2021
11/22

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生物世界
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血脑屏障(BBB)是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障,和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障

撰文 | xiao xia
编辑 | 王多鱼
排版 | 水成文
血脑屏障  (BBB)  是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障,和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障,仅允许特定类型的分子从血流进入大脑神经元和其他周围细胞。   
血脑屏障的存在,对于阻止有害物质由血液进入大脑具有重要意义,然而,血脑屏障同时也阻止了绝大部分小分子和大分子  (例如多肽,蛋白质和核酸)  的转移,严重限制了神经中枢系统疾病  (例如神经退行性疾病、脑肿瘤,脑部感染和中风等)  的治疗。
随着日益严重的人口老龄化问题,阿尔兹海默症等神经退行性疾病正在快速增长,脑部疾病的治疗面临严峻挑战,因此,  迫切需要有效突破血脑屏障的药物递送策略  
由于独特的物理和化学性质,金纳米颗粒  (AuNPs)  在生物医学领域引起了诊断、成像和治疗学的极大兴趣。通过使用纳秒激光脉冲对AuNP进行纳米尺度限制加热,可以实现感兴趣蛋白质的选择性和远程失活。
2021年11月13日,来自德克萨斯大学达拉斯分校和西南医学中心的研究团队在 Nano Letters 期刊发表了题为:  Reversibly Modulating the Blood–Brain Barrier by Laser Stimulation of Molecular-Targeted Nanoparticles  的研究论文。
研究人员合成了金纳米粒子以专门针对紧密连接,并证明在静脉注射后对纳米粒子进行经颅皮秒激光刺激会增加血脑屏障的通透性。
该研究开发了靶向细胞紧密链接的金纳米颗粒(AuNPs),在静脉注射后,对这些金纳米颗粒进行经颅皮秒  (万亿分之一秒)  的激光刺激,从而暂时  打开血脑屏障  ,使药物可以通过血液进入大脑  。这一技术对血脑屏障的调节是可逆的,而且不会破坏神经血管结构。这一技术将有助于脑肿瘤、渐冻症、中风的等神经系统疾病的治疗。
研究团队首先合成了靶向细胞紧密链接  (Tight Junction)  的金纳米颗粒复合物,这种复合物由连接粘附分子 A (JAM-A)和BV11抗体修饰的AuNP组成。通过给小鼠静脉内注射AuNP-BV11,他们观察到AuNP-BV11与细胞紧密链接共定位。同时,AuNP-BV11的半衰期很短,只有10分钟,长期注射不会引起全身毒性。这些结果表明,AuNP-BV11 的全身给药可以沿着大脑血管系统的腔表面选择性地靶向血脑屏障,并且没有明显的毒性。
接下来,研究团队在远程激光刺激下表征了血脑屏障通透性的变化。在给药后1小时应用532 nm皮秒激光,他们发现,激光激发了细胞紧密链接靶向性AuNP-BV11,同时血脑屏障的渗透性暂时增加。   
脑小动脉通过血管舒缩严格调节血流。血管舒缩的中断可能会损害局部大脑区域的氧气和营养供应。研究团队检查了调节血脑屏障前后的血管舒缩情况,发现调节血脑屏障并没有影响小动脉血管舒缩,并且血管系统和脑实质的结构完整性保持良好。
最后,研究团队测试了这种新技术运载提供抗体、腺病毒和脂质体的治疗能力。分析表明,激光处理区域的抗体浓度强度远高于非激光区域;带有GFP的腺相关病毒输送使得64%的皮质神经元在同侧半球清晰表达GFP;激光处理区域的DIL-脂质体荧光强度高于对侧半球。因此,调节血脑屏障允许抗体、腺相关病毒和脂质体渗透到大脑中,并显示出显著的治疗潜力。
综上,这项工作开发了一种新的大脑递送技术,这种技术由两部分组成:一是皮秒激光,一是靶向细胞紧密链接的金纳米颗粒。这种技术只需要将金纳米颗粒经静脉注射入体内,再在目标区域施行皮秒激光照射,就能暂时打开血脑屏障,帮助药物突破血脑屏障,到达大脑。这项工作预计会使很多受中枢神经系统疾病治疗困扰的患者获益。   
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关键词:
血脑屏障,激光,研究,大脑,治疗

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