PNAS：首个可生物降解的植入式传感器诞生，可“打开”血脑屏障

来源：brainnews

康涅狄格大学的工程师设计了一种无毒、可生物降解的装置，该装置可以帮助药物从血管进入脑组织——这是传统的通过人体防御机制进行阻断的途径。他们在12月23日的PNAS杂志上介绍了他们的发明。

Thanh Nguyen教授（中间）以及其研究生Thinh Le（左边）和Eli Curry（右边）展示了他们研发的材料样本，这些材料可以更容易地治疗大脑疾病。图片来源：Thanh Nguyen

大脑中的血管由紧密结合的细胞排列起来，从而形成一个所谓的血脑屏障，该屏障可以将大脑本身与细菌和毒素进行隔离。但是，这种血脑屏障也阻断了治疗脑部疾病的药物。

康涅狄格大学的生物医学工程师Thanh Nguyen说：“超声波是能够通过该屏障的一种安全且有效的方法。”将超声波聚焦于合适位置，可以震动血管内的细胞，然后就能够打开血脑屏障的短暂裂缝，该裂缝足够大，足以使药物通过。但是，要做到这一点，目前的超声波技术需要在一个人的头骨周围排列多个超声波源，然后使用MRI机器来引导操作人员在正确位置进行超声波聚焦。每当一个人需要一剂药物时，做这件事是笨重、困难且昂贵的。

还有另一种方法：植入设备可以在大脑中局部应用超声波。其精确度和可重复性要高得多，但大多数超声传感器都含有铅等有毒物质。它们必须在使用后进行手术移除，且有可能伤害大脑组织。

视频来源：Thanh Nguyen 

视频来源：Thanh Nguyen 

Nguyen认为可能会有更好的工具来实现这一目的。他的实验室专门研究压电生物材料。压电材料将物理应变（比如弯曲或压缩）转化为电，反之亦然。这些材料能够利用电来制造振动，是传感器的完美材料。

Nguyen的研究生Eli Curry发现了如何将可生物降解的聚合物聚L-乳酸（PLLA）纺成宽度仅200纳米而长度为数十至数百微米的微小纳米纤维。当研究人员在这种纺丝过程中施加高压时，纤维就会拉伸并对齐。由于对齐，于是它们就可以编织成一个网格。纤维的排列增强了它们的压电响应，与聚合物的常规薄膜相比，纳米纤维PLLA能够使用更少的电能来产生较大振动。这些高度压电的纳米纤维使得研究人员能够制造出一种灵敏的、可生物降解的植入式传感器，它可以无线测量器官内的压力。同一传感器也可以作为超声波传感器。

PLLA常用于溶解外科缝合线，是一种非常安全的生物相容性材料。因此，当研究生Thinh Le将PLLA传感器植入小鼠时，他发现这些传感器能够安全地进行生物降解。最重要的是，该装置可以产生控制良好的超声波，可以局部打开血脑屏障，从而帮助注射到血液中的药物进入脑组织。该超声波设备甚至可以充当扬声器，产生可听到的声音或播放音乐。

Nguyen说道，“这一概念证明过程令人兴奋，它是第一个由普通和安全的医疗材料制成的生物降解传感器。”他认为，研究小组仍然需要研究如何优化强度，从而获得血脑屏障的良好裂缝，以及在不损害血管或大脑的情况下，确保有足够空间可供大药物分子通过。为了使这种装置能够适用于人类，它将需要更长的测试时间，对于那些比老鼠大的动物来说也是如此。

参考文献：Eli J. Curry et al. Biodegradable nanofiber-based piezoelectric transducer, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1910343117

文章来源：康涅狄格大学

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编译作者：里尔（brainnews创作团队）

校审：Simon（brainnews编辑部）