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新型纳米材料可穿过血脑屏障，减少最常见脑损伤形式后的有害炎症……
一种新型纳米材料能够穿过血脑屏障，从而减轻最常见类型中风后引起的有害炎症。
当有人中风时，医生必须迅速恢复大脑的血液供应以防止死亡。然而，这种血液循环的突然恢复也可能引发一系列有害的连锁反应，损害脑细胞，加剧炎症，并增加永久性残疾的风险。
西北大学的研究人员现在研制出一种可注射的再生纳米材料，旨在血液循环恢复后的关键时期保护大脑。
在一项新的临床前研究中，科学家们在缺血性中风（最常见的中风类型）小鼠模型中测试了再灌注后立即给予单次静脉注射的药物。该疗法能够穿过血脑屏障（许多治疗方法难以到达脑组织），并促进脑组织修复。接受治疗的小鼠脑损伤显著减轻，且未发现主要器官出现副作用或毒性反应。
发表在《Neurotherapeutics》杂志上的研究结果表明，这种方法最终可以与现有的中风疗法配合使用，减少继发性损伤并帮助康复。
“目前的临床治疗方法完全集中于恢复血流，”共同通讯作者、西北大学范伯格医学院神经病学（神经重症监护）和病理学副教授、西北大学神经血管炎症实验室联合主任、西北医学中心神经重症监护医师Ayush Batra博士表示，“任何能够促进神经元恢复并最大限度减少损伤的治疗方法都将非常有效，但这种理想的疗法目前尚未出现。这项研究意义重大，因为它为我们指明了开发相关技术和疗法以满足这一未被满足的需求的道路。”
这种新型可注射疗法基于“超分子治疗肽”（STPs），由西北大学研究员 Samuel I. Stupp 开发。2021 年发表于《Science》的一项相关研究显示，基于 STP 的疗法因“舞动分子”的绰号而备受关注——只需在严重脊髓损伤处注射一次，就能让小鼠恢复运动能力并修复组织。最新研究表明，类似的动态分子组装体可通过血液递送，无需手术或直接向大脑注射。
“这项研究最令人振奋的方面之一是，我们证明了这项在脊髓损伤治疗中展现出巨大潜力的治疗技术，现在可以应用于中风模型，并且可以进行全身给药，”该研究的共同通讯作者、西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程系校董会教授Stupp表示。“这种全身给药机制以及穿过血脑屏障的能力是一项重大进展，也可能有助于治疗创伤性脑损伤和神经退行性疾病，例如肌萎缩侧索硬化症（ALS）。”
Stupp同时也是再生纳米医学中心的创始主任。
巴特拉表示，急性缺血性中风占美国所有中风病例的80%，是一种危害极大的疾病，也是全球范围内导致发病率和死亡率的主要原因之一。缺血性中风是由于血栓阻塞了大脑的血液供应而引起的。医生会通过注射溶栓药物或使用手术器械清除血栓来重新开通血管。
严重中风会导致永久性、严重的残疾，影响患者的生活质量以及他们重返工作岗位、融入家庭和社会的能力。
他说：“这不仅给患者带来沉重的个人和情感负担，也给家庭和社会带来经济负担。如果能通过某种疗法帮助患者恢复功能并最大程度地减少损伤，从而降低这种残疾程度，将会产生深远的长期影响。”
巴特拉表示，这些发现对未来的临床应用具有重要意义，因为科学家们在一种能够高度模拟真实缺血性中风治疗的小鼠模型中测试了这种方法。他们首先阻断血流以模拟严重的缺血性中风，然后恢复血流（这一过程称为再灌注），就像医生在缺血性中风患者急性期恢复血流一样。
科学家们对小鼠进行了为期七天的监测，未观察到任何明显的副作用或生物相容性问题，例如毒性或免疫系统排斥反应。他们利用先进的成像技术，例如实时活体颅内显微镜，证实了治疗药物作用于中风损伤部位。与未接受治疗的小鼠相比，接受“舞动分子”治疗的小鼠脑组织损伤显著减少，炎症迹象减轻，过度有害的免疫反应也得到缓解。
Stupp表示，该疗法具有促再生和抗炎特性，这两点都对取得积极疗效做出了贡献。
“一旦血管阻塞发生，就会积聚有害分子，然后突然间，当你清除血栓时，所有这些‘坏家伙’都会被释放到血液中，造成进一步的损害，”Stupp说。“但这些‘舞动分子’本身就具有一定的抗炎活性，可以抵消这些影响，同时还有助于修复神经网络。”
Stupp的“跳舞分子”突破性疗法的秘密在于调节分子的集体运动，使其能够找到并正确结合不断运动的细胞受体。这种疗法会发出信号，促进神经细胞自我修复。例如，它可以帮助神经纤维（称为轴突）重新生长并与其他神经细胞重新连接，从而恢复失去的神经通讯。这个过程被称为神经可塑性，这意味着大脑和脊髓在受伤后能够适应并重建连接。
在早期研究中，科学家将“舞动分子”以液体形式注入；当用于治疗脊髓损伤时，这种疗法会立即凝胶化，形成一张复杂的纳米纤维网络，模拟脊髓致密细胞外基质的结构。通过匹配基质的结构、模仿生物分子的运动并整合受体信号，这些合成材料能够与细胞“对话”。
在这项新研究中，科学家降低了超分子肽组装体的浓度，以防止疗法进入血流时可能发生的凝血。较小的肽聚集体可轻松穿越血脑屏障；一旦足够多的分子跨越，便可在脑组织内形成更大的纳米纤维组装体，从而产生更强效的治疗作用，Stupp 说。
“我们在这项中风研究中选择了分子结构最动态的一种疗法，这样超分子组装体就有更大几率穿过血脑屏障。”Stupp 表示。
优化治疗靶向 “看似有效的疗法却无法穿过血脑屏障”这一难题已困扰神经科学界数十年，Batra 指出。这种新疗法有望改变这一局面。
当医生为中风患者急性恢复脑区血流时，该区域的血脑屏障通透性会局部升高，自然形成短暂的开放窗口，为治疗干预提供机会，Batra 说。
“再加上一种能够更易穿越的动态肽，你就真正优化了疗法抵达目标部位的几率。”Batra 表示。
下一步 还需进一步研究评估该治疗能否支持更长期的功能恢复，Batra 说。例如，许多中风患者在随后的一年内会出现显著认知衰退。新疗法已准备好应对这种继发性损伤，但研究需要更长的随访期和更精细的行为学测试。
此外，团队还希望测试能否在治疗性肽中引入额外的再生信号，以获得更佳疗效。
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