一项突破性研究实现了利用超声波引导的微气泡在脑血管中导航。这种方法有望以更有针对性、创伤更小的方式治疗与大脑有关的疾病，包括肿瘤和心理障碍，并有可能减少药物的副作用。

脑肿瘤、脑出血以及神经和心理疾病通常很难通过药物治疗。即使有有效的药物，这些药物也往往会产生严重的副作用，因为它们会在整个大脑中循环，而不仅仅是在它们要治疗的部位。鉴于这种情况，研究人员寄予厚望，希望有一天能提供一种更有针对性的方法，将药物输送到非常明确的位置。为此，他们正在开发可在密集的血管迷宫中穿行的微型运输器。

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究人员首次证明，利用超声波可以引导微型载体穿过小鼠大脑中的血管。他们希望，这最终将带来能够精确给药的治疗方法。

过去几年中，苏黎世联邦理工学院开发的一种利用超声波控制微小载体的技术在大脑中也能发挥作用，研究人员现在已经能够证明这一点。

这些微载体是气泡，对人体无害，一旦完成任务就会溶解。将来，这些微载体可以装载药物，并将药物输送到大脑的特定部位。这可以提高药物的疗效，减少副作用。

苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员现在首次成功地利用超声波引导微型运输工具穿过动物大脑的血管。

大脑中的血液供应非常复杂，引导微载体通过血液也是一项复杂的工作。图片来源：科学图片库/弗朗西斯-勒罗伊

超声波代替磁力

与磁场导航等其他导航技术相比，超声波具有一定的优势。苏黎世联邦理工学院声学机器人学教授、本研究负责人丹尼尔-艾哈迈德（Daniel Ahmed）解释说："超声波除了广泛应用于医疗领域外，还具有安全和深入人体的特点"。

艾哈迈德和他的同事们在微型载体上使用了涂有脂质的充气微气泡--生物细胞膜也是由这种物质构成的。这些气泡直径为 1.5 微米，目前在超声波成像中用作造影剂。

正如研究人员现在所展示的，这些微气泡可以被引导穿过血管。艾哈迈德说："由于这些气泡或囊泡已获准用于人体，与目前正在开发的其他类型的微囊泡相比，我们的技术很可能会更快地获得批准并用于人体治疗。他于2019年获得了欧洲研究理事会ERC的启动基金，用于研究和开发这项技术。"

橙色微载体集群的脑血管（显微图片）。图片来源： Del Campo Fonseca 等人，《自然通讯》2023 年，苏黎世联邦理工学院编辑

超声引导微气泡的另一个好处是，一旦完成任务，它们就会在体内溶解。使用另一种方法（磁场）时，微载体必须具有磁性，而开发可生物降解的微载体并非易事。此外，苏黎世联邦理工学院研究人员开发的微气泡又小又光滑。艾哈迈德研究小组的博士生、本研究的第一作者亚历克西娅-德尔坎波-丰塞卡（Alexia Del Campo Fonseca）说："这使我们很容易引导它们沿着狭窄的毛细血管前进。"

在血管中逆流而上

在过去的几年里，艾哈迈德和他的研究小组一直在实验室里开发引导微气泡通过狭窄血管的方法。现在，他们与苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员合作，在小鼠大脑血管中测试了这种方法。研究人员将气泡注入啮齿动物的循环系统，在没有任何外力帮助的情况下，气泡在血液中流动。不过，研究人员设法用超声波将小泡固定住，并引导它们逆着血液流动的方向通过脑血管。研究人员甚至能够引导气泡穿过错综复杂的血管，或让它们多次改变方向，以便将它们引导到最狭窄的血流分支中。

为了控制微载体的运动，研究人员还在每只小鼠的头骨外侧安装了四个小型传感器。这些装置会产生超声波范围内的振动，这些振动会以波浪的形式在大脑中传播。在大脑的某些位置，两个或更多传感器发出的波可以相互放大或相互抵消。研究人员使用一种复杂的方法来引导气泡，调整每个换能器的输出。实时成像可以显示气泡移动的方向。

为了制作这项研究的成像，研究人员使用了双光子显微镜。未来，他们还希望使用超声波本身进行成像，并计划为此目的增强超声波技术。

在这项研究中，微气泡没有配备药物。研究人员首先想证明，他们可以引导微载体沿着血管前进，而且这种技术适合在大脑中使用。在脑部的医疗应用前景广阔，包括治疗癌症、中风和心理疾病。研究人员的下一步将是把药物分子附着在气泡外壳外部以便运输。他们希望将整个方法提升到可用于人体的程度，希望有朝一日能为开发新的治疗方法奠定基础。

编译来源：ScitechDaily