喬治亞理工學(xué)院機(jī)械工程博士生Yutong Guo(左)和她的導(dǎo)師、助理教授Costas Arvanitis，開發(fā)了一種使用超聲波治療腦部疾病的方法。

基于RNA的藥物有可能改變許多疾病的治療標(biāo)準(zhǔn)，使個(gè)性化醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí)。這種迅速擴(kuò)大的治療方法具有成本效益，相當(dāng)容易制造，并且能夠到達(dá)以前沒有藥物到達(dá)的地方，達(dá)到以前不可用藥的途徑。

到目前為止，這些有希望的藥物在進(jìn)入保護(hù)良好的大腦治療腫瘤或其他疾病方面還不是很有用。

現(xiàn)在，一個(gè)由喬治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)的Costas Arvanitis領(lǐng)導(dǎo)的多機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)找到了一種方法:利用超聲波和攜帶RNA的納米顆粒穿過血腦屏障，為腦腫瘤提供有效的藥物。

生物醫(yī)學(xué)工程系(BME)和機(jī)械工程學(xué)院(ME)的助理教授Arvanitis說:“我們能夠使這種藥物更適用于大腦，我們看到腫瘤細(xì)胞死亡的大幅增加，這是巨大的成功?！?/p>

Arvanitis的合作者包括埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院和辛辛那提大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員和臨床醫(yī)生，他是發(fā)表在《Science Advances》雜志上的一篇新論文的通訊作者，該論文描述了該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的下一代、可調(diào)節(jié)的遞送系統(tǒng)，以RNA為基礎(chǔ)治療腦腫瘤。

“我們的結(jié)果非常積極，但如果你認(rèn)為我很興奮，那是你還沒有和腫瘤學(xué)家談過——他們的興奮程度是我的10倍，”Arvanitis說。

這個(gè)項(xiàng)目的根源可以追溯到他和論文的主要作者、碩士研究生Yutong Guo于2016年8月來到喬治亞理工學(xué)院的時(shí)候。

“從一開始，我就對超聲波在治療腦部疾病中的應(yīng)用非常感興趣，”Arvanitis說，他與埃默里大學(xué)醫(yī)生Tobey MacDonald聯(lián)系，Tobey MacDonald是Aflac癌癥和血液疾病中心兒童神經(jīng)腫瘤項(xiàng)目的主任，也是這篇論文的合著者之一。“我們的主要問題是，我們可以用超聲波將藥物輸送到腫瘤中嗎?因?yàn)檫@是一個(gè)重大挑戰(zhàn)?！?/p>

RNA藥物有兩個(gè)主要缺點(diǎn):有限的循環(huán)時(shí)間和有限的細(xì)胞攝取。為了克服這些挑戰(zhàn)，這些藥物被封裝在堅(jiān)固的納米載體中，通常大小為100納米，以提高其生物利用度。然而，這些納米載體通常都太大了，無法穿透血腦屏障。血腦屏障是大腦中血管周圍緊密連接的選擇性內(nèi)皮細(xì)胞，迄今為止，這扇門對RNA藥物是鎖著的。

但是現(xiàn)在，Arvanitis和他的同事們發(fā)現(xiàn)了一種安全的方法讓藥物安全地通過。

利用小鼠模型，該團(tuán)隊(duì)部署了一種改良版的超聲波，這種診斷成像技術(shù)利用聲波來創(chuàng)建體內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像，如肌腱、血管、器官，在孕婦的情況下，還包括子宮內(nèi)的嬰兒。研究人員將這項(xiàng)技術(shù)與微氣泡結(jié)合起來，微氣泡是血液中的微小氣囊，被設(shè)計(jì)成用于成像的血管造影劑，它會對超聲波做出響應(yīng)，改變血管的滲透性。

Guo說:“將多束超聲波能量聚焦在癌變點(diǎn)上，會導(dǎo)致微氣泡的振動(dòng)拉伸、拉伸或剪切構(gòu)成血腦屏障的內(nèi)皮組織緊密連接，為藥物的通過創(chuàng)造一個(gè)通道?！?/p>

生物醫(yī)學(xué)超聲研究人員已經(jīng)對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了十多年的改進(jìn)，最近的臨床試驗(yàn)已經(jīng)證明了它的安全性。但是，目前還沒有太多證據(jù)表明納米顆粒及其有效載體可以選擇性地直接進(jìn)入腦腫瘤細(xì)胞。但是，即使血液攜帶的藥物成功地穿透了血腦屏障，如果它們沒有被癌細(xì)胞吸收，工作也還沒有完成。

Arvanitis和他的團(tuán)隊(duì)將siRNA(一種可以阻止驅(qū)動(dòng)腫瘤生長的基因表達(dá)的藥物)包裝在脂聚合物混合納米顆粒中，并將其與兒科和成人臨床前腦癌模型中的聚焦超聲技術(shù)結(jié)合起來。利用單細(xì)胞圖像分析，他們證明了在髓母細(xì)胞瘤(兒童最常見的惡性腦腫瘤)的臨床前模型中，該藥物的遞送改善了10倍以上，減少了有害蛋白的產(chǎn)生，增加了腫瘤細(xì)胞的死亡。

“這是完全可調(diào)的，”Arvanitis說。“我們可以微調(diào)超聲波壓力，以達(dá)到所需的振動(dòng)水平，并通過延伸藥物輸送。它是無創(chuàng)的，因?yàn)槲覀兪褂玫氖莵碜源竽X外部的聲音，而且它是非常局部性的，因?yàn)槲覀兛梢詫⒊暡ň劢乖诖竽X的一個(gè)非常小的區(qū)域?！?/p>

來源：Science Advances