排除萬難送藥到腦!利用短脈衝超音波與微氣泡助脂質體藥物突破血腦屏障

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血腦障蔽(blood-brain barrier, BBB)是血流運送分子入大腦的一大阻礙,大約 90% 的藥物都會受此限制。來自英國倫敦國王學院的生物醫學工程暨影像科學所(School of Biomedical Engineering & Imaging Sciences)與倫敦帝國學院的非侵入式手術與檢測實驗室聯手研發新型藥物運輸模式,透過快速短脈衝(rapid short pulses, RaSP)超音波可以無侵入式跨越血腦障蔽,將裝有藥物的脂質體(liposome)運入大腦。

大腦的防禦系統-血腦障蔽

血腦障蔽為腦部的特殊物理、運輸和代謝屏障,能夠維持大腦穩定,並促進離子與神經傳導物調節。然而此層阻隔卻使神經退化性疾病、癌症腦轉移治療的反應率和有效性都不盡理想。為了克服此困境,許多科學家正在開發新的藥物運輸模式。不過目前尚無能完全避免血腦屏障損傷的非侵入式藥物運輸模式,因此欲安全地傳遞大分子藥物入大腦實為臨床一大挑戰。

運藥小兵-脂質體 立大功

脂質體為目前最常見用於運輸藥物的方式,能在造成極小的系統毒性下將藥運至目標位置,其優勢包含高濃度乘載非極性藥物或極性藥物與於目標地釋放藥物的機制,加上容易調整藥物的結合特異性。近期 Pfizer BioNTech 的新冠疫苗(BNT162b2)也是使用脂質體配方。

其中,脂質體奈米藥物(liposomal nanomedicines)也具能載運高濃度的藥物的優勢,並能於發炎或感染部位釋放藥物,可用於運輸無法穿越血腦屏障的多重藥物來治療神經退化疾病和腦瘤。

快速短脈衝超音波助脂質體運輸一臂之力

文獻指出目前非侵入式藥物運輸系統多以長脈衝(long-paulse)(~10-20 ms)、低頻率( < 5 Hz)的模式居多。而近年來研發出快速短脈衝序列,相對於長脈衝超音波較能有效並安全的運輸藥物。

研究團隊透過小鼠實驗來檢測此藥物運輸模式。利用聚焦快速短脈衝超音波在小鼠的左腦,再將含有能與超音波同步振動、膨脹和收縮的微氣泡(microbubble)與充填藥物的脂質體注射入小鼠尾部。實驗結果成功藉超音波誘導微氣泡振動並打開血腦屏障,帶領脂質體包裹的藥物進入腦部血管中。

利用快速短脈衝超音波運輸脂質體藥物。(圖片來源:Journal of Controlled Release)

另外,研究團隊也使用顯微鏡技術來檢測此藥物運輸模式對腦部組織損傷的情形,結果顯示並無腦部組織受到損傷,藥物運輸也較傳統長脈衝超音波更有效率。未來將有機會應用於臨床上治療病患的中樞神經疾病與腦部腫瘤。

延伸閱讀:讓 siRNA 通過血腦屏障!新型奈米遞送系統如何做到?

參考資料:
1. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0168365921006568

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