微流控離子泵可直接將抑制癲癇的藥物分子泵入大腦

研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一款可以直接將抑制癲癇的藥物分子泵入大腦的電子給藥裝置。Science Advances期刊上最近報(bào)道了這一裝置，它提供了一種替代會(huì)引起不必要的副作用的傳統(tǒng)的、全身性給藥方法的方法。

該裝置是一種微流控離子泵，它利用電勢(shì)使藥物分子從裝置上的儲(chǔ)存器離開(kāi)，穿過(guò)一個(gè)短通道并從裝置的頂端移出。這種泵可以植入大腦上，安放在問(wèn)題部位（比如癲癇的病灶點(diǎn)），在需要時(shí)向那里泵送藥物。

這種泵技術(shù)是建立在電泳這個(gè)概念基礎(chǔ)上的：在電場(chǎng)的影響下分子通過(guò)液體或凝膠運(yùn)輸。當(dāng)施加電壓時(shí)，電子從源端電極離開(kāi)，并且?guī)д姾傻碾x子——在這里是帶正電荷的藥物分子——被逐出儲(chǔ)存器，穿過(guò)離子傳導(dǎo)膜，然后從裝置中釋放出來(lái)。

這項(xiàng)技術(shù)建立在近年來(lái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種叫做有機(jī)電子離子泵的類(lèi)似工具的基礎(chǔ)上，后者旨在將藥物輸送到脊髓和身體的其他部位，它后來(lái)的一個(gè)改進(jìn)版本被證明能夠以一種模擬神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)速度的方式將分子傳送到多個(gè)點(diǎn)。

參與開(kāi)發(fā)這種泵的劍橋大學(xué)的生物工程師Christopher Proctor說(shuō)，這種最新的設(shè)備比以往的設(shè)計(jì)體積更小，也更節(jié)能，這使得它適合用在腦部。

瑞典林雪平大學(xué)副教授Daniel Simon說(shuō)：“在這個(gè)研究領(lǐng)域，多年來(lái)我們一直在討論治療方面的應(yīng)用——尤其是可以用在大腦深部的?！彼c人合作開(kāi)發(fā)了早期的有機(jī)電子離子泵技術(shù)，但沒(méi)有參與Proctor團(tuán)隊(duì)的工作。 Simon說(shuō)，新的實(shí)驗(yàn)是“電泳藥物輸送效用的有力證明”。

Proctor說(shuō)，將微流控技術(shù)融入設(shè)計(jì)是提高能效的關(guān)鍵?！斑@使我們能夠顯著減少驅(qū)動(dòng)離子離開(kāi)設(shè)備所需的能量?！彼膱F(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的工具可在不到1伏的電壓下工作，而以往的設(shè)計(jì)所需要的電壓往往超過(guò)20伏。

他說(shuō)，這種新工具的效率幾乎是100％的，這意味著幾乎所有從儲(chǔ)存器中出來(lái)的離子都是藥物分子，而不是藥物分子和與之混合的溶劑的混合物。

電泳藥物輸送工具與傳統(tǒng)的注射器注射相比，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的注射器注射是使用相當(dāng)大的力來(lái)給藥，這給脆弱的腦細(xì)胞帶來(lái)壓力，并可能造成傷害。該技術(shù)還優(yōu)于口服或靜脈注射等全身性給藥方式，它們會(huì)使藥物分散到全身并會(huì)引起副作用。

為了測(cè)試這種新裝置，Proctor和他在法國(guó)艾克斯馬賽大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系統(tǒng)研究所的同事們將它植入了17只小鼠的海馬體內(nèi)。研究人員在被麻醉的小鼠身上誘發(fā)癲癇，然后使用微流控離子泵將抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA（γ-氨基丁酸）直接輸送到大腦中的癲癇病灶點(diǎn)。

Proctor說(shuō)：“我們想看看我們是否能使已經(jīng)開(kāi)始發(fā)作的癲癇停下來(lái)，更有趣的是，如果我們是否還能預(yù)防癲癇發(fā)作?！毙∈蟠竽X活動(dòng)的電子記錄結(jié)果表明，該工具能實(shí)現(xiàn)這兩方面的作用?！霸谖覀冮_(kāi)始給藥GABA后不久，電子記錄顯示小鼠的大腦活動(dòng)就從劇烈的癲癇發(fā)作轉(zhuǎn)變?yōu)檎５纳砘顒?dòng)了?！?/p>

Proctor說(shuō)，除癲癇外，該裝置還可用于治療其他腦部疾病，如帕金森病和腦癌。他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步提升該裝置的設(shè)計(jì)，以便將其植入自由活動(dòng)的動(dòng)物體內(nèi)。這將涉及減少電氣連接件和流體連接件的占地空間，并使植入物更具柔性，以更好地匹配大腦的力學(xué)特性。