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一种精确定位药物的新方法

磁性粒子可以使药物在特定的时间和区域被释放。

大多数药物必须被摄入或注射到体内才能发挥作用。无论哪种方式,它们都需要一段时间才能达到预定的目标,而且它们还会扩散到身体的其他部位。现在,麻省理工学院和其他地方的研究人员已经开发出一种系统,可以在精确的时间释放药物,以最小的侵入性,并最终可以将这些药物送到特定的目标区域,如大脑中的特定神经元群。

这种新方法的基础是使用微小的磁性颗粒,这些颗粒被包裹在一个充满水的微小的脂质(脂肪分子)空心泡中,称为脂质体。所选择的药物被封装在这些气泡中,可以通过施加磁场加热粒子来释放,从而使药物从脂质体逃逸到周围的组织中。

今天,麻省理工学院博士后Siyuan Rao、副教授Polina Anikeeva以及麻省理工学院、斯坦福大学哈佛大学和苏黎世瑞士联邦理工学院的其他14人在《自然纳米技术》杂志上发表了这一发现。

“我们想要一个系统,可以提供药物的时间精度,并最终可以针对特定的位置,”阿尼克耶娃解释说。“如果我们不想让它具有侵入性,我们需要找到一种非侵入性的方式来触发释放。”

磁场是一种自然的选择,它可以很容易地穿透人体,这一点可以通过磁共振成像(MRI)产生的详细内部图像得到证明。Rao说,最难的部分是找到一种材料,它可以通过一个非常弱的磁场(大约是MRI强度的百分之一)来加热,以防止药物或周围组织受到损伤。

Rao提出了一个想法,即使用磁性纳米颗粒,这种纳米颗粒已经被证明可以通过将它们置于磁场中加热,然后将它们装入这些叫做脂质体的球体中。这些就像小气泡的脂质,自然形成一个球形双层围绕着水滴。

当纳米粒子被放置在高频低强度磁场中时,它们会升温,使脂质变暖,并使它们经历从固体到液体的转变,这使得该层更多孔——刚好足够让一些药物分子逃逸到周围区域。当磁场被切断时,脂质会重新凝固,阻止进一步的释放。随着时间的推移,这个过程可以重复,因此释放剂量的封闭药物在精确控制的间隔。

药物载体被设计成在37摄氏度的正常体温下在体内保持稳定,但能够在42摄氏度的温度下释放药物。在材料科学与工程、大脑和认知科学部门任职的安尼凯娃说:“我们有一个磁性开关来给药物输送能量。”

原则上,这项技术也可以用来引导粒子到身体中特定的、精确的位置,利用磁场梯度来推动它们前进,但这方面的工作是一个正在进行的项目。目前,研究人员已经将这些粒子直接注射到目标位置,并利用磁场控制药物释放的时间。“这项技术将使我们能够解决空间方面的问题,”Anikeeva说,但这还没有得到证实。

她说,这可以为各种各样的疾病提供非常精确的治疗。“许多大脑疾病的特征是某些细胞的错误活动。当神经元过于活跃或不够活跃时,表现为一种疾病,如帕金森症、抑郁症或癫痫。“如果一个医疗小组想提供一种药物在特定时间特定的神经元和补丁,如当一个检测到出现症状时,没有对大脑的其他药物,这个系统”能给我们一个非常精确的方法来治疗这些条件,”她说。

Rao说,制造这些纳米颗粒激活的脂质体实际上是一个相当简单的过程。她说:“我们可以在实验室用这些微粒在几分钟内制备出脂质体。”她说,该系统广泛适用于药物输送:“我们可以封装任何水溶性药物。”

开发该系统的关键之一是完善和校准一种制备高度均匀大小和组成的脂质体的方法。这包括将水基与脂肪酸脂质分子和磁性纳米颗粒混合,并在精确控制的条件下使它们均匀化。阿尼克耶娃把它比作摇动一瓶沙拉酱,让油和醋混合,但要控制摇动的时间、方向和强度,以确保精确混合。

Anikeeva说,尽管她的团队一直专注于神经障碍,因为这是他们的专业,药物输送系统实际上相当一般,几乎可以应用到任何身体的一部分,例如提供癌症药物,甚至提供止痛剂直接影响区域而不是交付系统和影响整个身体。“这可以将其交付到需要的地方,而不是持续交付,”但只在需要时交付。

由于磁性颗粒本身与那些已经广泛应用于MRI扫描的造影剂相似,由于它们的生物相容性已经得到了很大程度的证实,因此它们的监管批准过程可能会被简化。

这个团队包括麻省理工学院材料科学和工程学、大脑和认知科学部门的研究人员,以及麦戈文大脑研究所、西蒙斯社会大脑中心和电子研究实验室的研究人员;哈佛大学化学与化学生物学系和约翰·a·保尔森工程与应用科学学院;斯坦福大学;以及苏黎世的瑞士联邦理工学院。这项工作得到了西蒙斯博士后奖学金、美国国防高级研究计划局、博斯研究基金和美国国立卫生研究院的支持。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/lipid-magent-deliver-drugs-0819