美国纽约西奈山卫生系统 （Mount Sinai Health System） 和纪念斯隆—凯特琳癌症中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center，MSKCC）的研究人员开发了一种新的药物传送方法，该方法透过奈米粒子（nanoparticles） 更有效、更精准地传递抗癌药物，以治疗儿童脑瘤。
以褐藻糖胶为基底 （fucoidan-based）的奈米粒子技术，可以帮助抗癌药物通过血脑屏障 （blood-brain barrier，BBB） 递送至脑肿瘤的特定位置，同时保留正常的大脑区域。小鼠试验表明，奈米粒子递送提高了抗癌药物 vismodegib 的有效性并降低了毒性。褐藻糖胶是一种泛称，泛指具有特殊机能性且富含有 L-岩藻糖（fucose）及硫酸酯基团（sulfate ester group）的糖类物质，主要存在于褐藻中，也是褐藻特有的生理活性的物质之一。
可注射水凝胶让巨噬细胞“回神”，阻止脑部胶质母细胞瘤复发（基因线上国际版）新方法能克服血脑屏障的限制，将药物精准送至患处
共同资深作者、西奈山儿童医院的 Praveen Raju 博士说：“我们的研究显示，能够以更有效、更准确的方式，成功的将较低剂量的药物传送到脑内肿瘤的特定部位，同时避免年轻患者出现的骨毒性（bone toxicity）。该研究发表在《Nature Materials》杂志上，在他们的论文中，研究人员认为，新研究是一种跨越内皮（transendothelial）转运的活性机制，在完整 BBB 保护的情况下，可改善活化脑内皮细胞的颅内（intracranial）药物传递成效。这些发现能有效的克服血脑屏障的限制，把标靶药物向颅内递送，以增强肿瘤选择性穿透，并能治疗中枢神经系统疾病。
向受损脑组织进行定点给药，对科学界来说一直是一个难以实现的目标。因为它受到高度调节且强大的血脑屏障所阻碍，血脑屏障由专门的内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞网络组成，相邻脑内皮细胞之间特有的紧密连接阻碍了细胞运输，分子被限制在一个狭窄的大小和亲脂性窗口，亲水性小分子药物通常通过紧密连接被排除在大脑之外。这些限制性虽然可保护大脑免受感染或其他有害物质的侵害，但渗透到患者脑组织的效率低下，因此需要较高剂量药物，通常亦会导致全身毒性。
免疫系统当通道、奈米粒子来运输，减低骨骼相关毒性产生
髓母细胞瘤（medulloblastoma，MB）是儿童最常见的恶性脑肿瘤，约占所有儿童脑肿瘤的 20% 。它不仅具高度侵袭性，且难以治疗，有近 30% 的患者被认为终身无法治愈。即使是成功治疗的儿童，也可能因放疗和化疗的不良副作用而出现严重的长期残疾和健康问题。作者指出，在大约三分之一的病例中，这种形式的脑肿瘤是由音速刺猬基因（Sonic hedgehog gene，SHH）讯号介导的。音速刺猬基因负责胚胎发育时期外观、神经及牙齿的形成。研究人员说：“这在髓母细胞瘤中得到了很好的证明，其中具有音速刺猬基因的髓母细胞瘤亚组（SHH-MB）患者的临床结果更差。”
有鉴于在血脑屏障中输送小分子化合物的困难，于是研究人员改用奈米粒子来改善药物传递。然而，现有的被动方法在完整或受损的血脑屏障上，运输载药奈米粒子仍是挑战。因此，在他们的最新研究中，研究人员利用了免疫系统来将白血球细胞运送到感染、发炎或组织损伤的部位。
免疫细胞并非随机地将免疫细胞输送到全身，而是在活化的血管上有一种归巢机制（homing mechanism），免疫细胞可以利用这种机制前往需要它们的地方。研究人员利用这种也存在于脑肿瘤血管中的独特归巢机制，将载有药物的褐藻糖胶奈米粒子送至标靶部位，而不是正常的大脑区域。在这项研究中，透过主动跨细胞的转运机制，以增强穿过完整血脑屏障的药物递送，特别是脑部的肿瘤组织。
在髓母细胞瘤的遗传相关小鼠模型中使用新的药物递送平台，研究团队能够增强抗癌药物－ vismodegib 的疗效，这可能仅对一部分髓母细胞瘤患者有用，且受到限制，继而在儿童中产生骨毒性。研究团队解释说：“通过 vismodegib 标靶抑制 SHH 效应器 Smoothened（SMO） 致使儿科患者骨生长板过早融合（fusion），这可能是由于治疗效果所需的高剂量所致。相较之下，包裹 Smoothened 抑制剂 vismodegib（FiVis） 的褐藻糖胶奈米粒子在低药物剂量下表现出有效的抑制作用，具有显著的抗肿瘤功效并减轻了与骨骼标靶相关的毒性。”
研究将有助于应用在其他神经退化性疾病
此外，研究显示这种标靶药物传送方法，可由极低剂量辐射得到进一步的增强，这种标准疗法已经用于大多数患有原发性和转移性脑肿瘤的儿童和成人。更重要的是，这种穿过血脑屏障的药物传送方法，有可能改善其他儿童脑肿瘤或包含成人在内的大脑局部疾病的药物传送，包括局部型癫痫（focal epilepsy）、多发性硬化症（multiple sclerosis）、中风和其他神经退化性疾病。研究人员将继续研究和开发这种方法，以利用和改善材料穿过血脑屏障和其他部位的运输，将有助于提高几类已批准和实验性疗法的疗效。
延伸阅读：排除万难送药到脑！利用短脉冲超音波与微气泡助脂质体药物突破血脑屏障参考资料：
1. https://www.nature.com/articles/s41563-023-01481-9
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