如何将药物引导到体内需要发挥作用的精确位置？科学家们长期以来一直在研究这个问题。一个例子是将抗癌药物直接输送到肿瘤，这样它们只在特定位置起作用，而不会对身体其他部位产生副作用。目前正在研究如何识别可以结合活性成分的载体颗粒。
这些花状氧化锌颗粒大小为 3 微米（彩色电子显微镜图像）。图片来源：Dong Wook Kim / 马克斯普朗克智能系统研究所
这种粒子必须满足一系列要求，包括以下三个要求：首先，它们必须能够吸收尽可能多的活性物质分子；其次，必须能够使用超声波等简单技术引导它们通过血液；第三，必须能够通过非侵入性成像程序跟踪它们在体内的“旅程”。最后一点是验证药物是否已成功输送的唯一方法。
寻找一种满足所有这些要求的解决方案一直具有挑战性。苏黎世联邦理工学院领导的研究现已发现一种满足所有这些标准的特殊粒子。这些粒子不仅有效，而且在显微镜下看起来也很引人注目，类似于微小的纸花或沙漠玫瑰。它们由极薄的花瓣组成，花瓣排列成花朵。这些花状颗粒的直径为 1 至 5 微米，略小于红细胞。
这种形状有两个主要优点。首先，相对于其大小，花粒的表面积非常大。许多密集排列的花瓣之间的空间只有几纳米宽，就像孔隙一样。这意味着它们可以吸收大量的治疗活性物质。其次，花瓣可以散射声波，或者可以涂上吸收光的分子，因此可以通过超声波或光声成像轻松看到。
这些发现由 Daniel Razansky 和 Metin Sitti 领导的研究小组发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。Razansky 是生物医学成像教授，同时在苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学任职。Sitti 是微型机器人专家，直到最近，她还担任苏黎世联邦理工学院和斯图加特马克斯普朗克智能系统研究所的教授，后来去了伊斯坦布尔的科奇大学。
这些颗粒类似于微小的纸花或沙玫瑰，并以自组织的方式组装。图片来源：改编自Advanced Materials（2024 年）。
比气泡更好
“此前，研究人员主要研究使用超声波或其他声学方法将微小气泡作为血液传输的一种方式，”这项研究的共同作者、拉赞斯基团队的博士生保罗·雷德 (Paul Wrede) 说道。“现在我们已经证明固体微粒也可以通过声学引导。”与气泡相比，花状颗粒的优势在于它们可以装载大量活性成分分子。
研究人员在培养皿实验中证明，花状颗粒可以装载抗癌药物。他们还将颗粒注入小鼠血液中。利用聚焦超声，他们能够将颗粒保持在循环系统内的预定位置。尽管颗粒周围的血液循环很快，但这一方法仍然成功。
聚焦超声是一种将声波集中在局部的技术。“换句话说，我们并不是只注射粒子然后希望获得最佳效果。我们实际上是在控制它们，”Wrede 说。研究人员希望这项技术有朝一日能用于将药物输送到肿瘤或阻塞血管的血栓中。
该粒子由纳米片组成，大小为 3 微米（电子显微镜图像）。图片来源：Dong Wook Kim / 马克斯普朗克智能系统研究所
这些粒子可以由多种材料制成，并根据其用途和研究人员控制粒子位置的首选成像程序而具有不同的涂层。“基本工作原理是基于它们的形状，而不是它们所用的材料，”Wrede 说。
在他们的研究中，研究人员详细研究了由氧化锌制成的花状颗粒。他们还测试了由聚酰亚胺和由镍和有机化合物组成的复合材料制成的颗粒。现在研究人员想要完善他们的理念。他们计划首先进行更多的动物试验，之后该技术可能会对心血管疾病或癌症患者有益。
信息源于：phys
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