小鼠脑组织

中国科技网讯 （记者何屹）据每日科学网站2月20日（北京时间）报道，斯坦福大学的科学家开发出一种系统，可以实时观察活鼠大脑活动情况，对研究诸如阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病的新治疗手段具有十分重要的作用。该研究发表在近期出版的《自然·神经科学》杂志上。 研究人员首先利用基因疗法令老鼠神经细胞表达绿色荧光蛋白，该蛋白对钙离子敏感。当神经元受到刺激时，细胞内充满钙离子，荧光蛋白被激活，整个细胞会发出明亮的绿色荧光，就像一朵灿烂的绿色小烟花在黑色背景下绽放。随后，研究人员在老鼠大脑负责空间和情景记忆的海马体上方植入一个微型显微镜，显微镜与相机芯片相连，并可将数字图片传送到电脑，在电脑屏幕上显示老鼠大脑活动的实时视频。 海马体对环境非常敏感，在不同的环境下会有不同的细胞响应。当老鼠在实验环境的某个特定区域挠墙时，刺激特定的神经元闪烁绿色荧光。当小鼠流窜到别的区域时，绿色荧光会从某个神经元褪色，转而刺激新的神经元细胞发光。科学家在掌握了小鼠行为和神经元之间的关联后，仅仅通过小鼠脑部荧光闪烁的混乱图景，就能够清楚地了解老鼠究竟位于何处。 该研究小组发现，小鼠神经元的刺激模式十分稳定，实验间隔时间长达一月之后，仍可保持不变。而观察相同的细胞对于了解脑部疾病非常重要。如果某一个特定的神经元在测试时发生功能障碍，表明正常神经元已经死亡或出现神经退化疾病。研究人员就可以利用某些实验性的治疗试剂进行治疗，然后在相同刺激条件下，确定神经元能否恢复功能。 目前这项技术尚不能应用于人类，但小鼠模型是研究人类神经退行性疾病新疗法的一个重要起点，该系统将成为临床前研究评估的一种非常有用的工具。目前研究人员已经成立了一个公司，生产和销售该设备。 总编辑圈点 一般所说的“读脑仪”，通常指对脑意识进行探测和显现的电子设备，譬如测谎仪就算一种读脑设备。但在本文的研究中，“读脑”是为了找出实验对象的行为和神经元之间的关联，再进行医学药理学的分析。与意识探测相同的是，关乎“脑”研究，人类都还只是接触到皮毛，不过，随着近几年新进展的不断出炉，无论是“倾听大脑的思想”，还是将小鼠模型应用于研究人类神经退行性疾病新疗法，相信只是时间问题。 《科技日报》（2013-02-21 一版）

脑卒中是全球致伤致残致死3大原因之一，据全球疾病负担统计2019年全世界有1 220万人发病[1]，我国有394万人首发[2]；另一统计称2020年我国有340万人首发并有约220万人留下残疾[3-4]。缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）约占卒中类型的85%[4-5]。IS预后结局差，复发率高而且极有可能造成后遗症如偏瘫、后肢痉挛、震颤等。其病理机制也十分复杂，涉及细胞过度自噬、离子失衡与谷氨酸过度释放、氧化应激与自由基、炎症爆发和神经细胞凋亡[5-7]等。 目前治疗IS的主要方法为重组组织型纤溶酶原激活剂（recombinant tissue-type plasminogen activator，rt-PA）静脉溶栓、手术取栓和神经保护。手术风险高，rt-PA治疗时间窗短，且有出血风险，符合治疗条件的病人不到10%[8]，而神经保护的药物在临床上的效果不如动物实验那么有效，目前急需开发更安全可靠的治疗IS的用药。在长期的医学实践中，银杏叶提取物在治疗脑卒中和心肌梗死方面疗效显著[9]。其中，银杏内酯作为天然的血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）受体拮抗剂，因其具有抗炎、抗氧化、抗凋亡和神经保护的作用[10-12]而越来越受到关注。 银杏二萜内酯葡胺注射液（Diterpene Ginkgolides Meglumine Injection，DGMI）以银杏叶提取物为原料，主要组成为银杏内酯A（ginkgolide A，GA，35%）、银杏内酯B（GB，60%）、银杏内酯C（GC，2%）、银杏内酯K（GK，2%），含总银杏内酯5 mg/mL[13]，银杏二萜内酯成分达98%以上[14]。临床显示，DGMI可有效改善IS发病90 d时患者的神经缺损评分，同时改善患者认知和行动能力，并且在中老年患者中疗效优于银杏叶提取物注射液（金纳多）[15-18]，Zhao等[15]认为DGMI与rt-PA联用治疗急性卒中效果更佳。最新一项临床研究发现，单独使用DGMI对急性缺血性脑卒中治疗有效[19]。也有多项体内外实验证明DGMI具有改善脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia reperfusion injury，CIRI）的作用，主要与PAF受体[20]、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）- 蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）、核因子-红细胞2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2 related factor 2，Nrf2）[13]等通路有关。 黑质为重要的运动和感知调节中枢，是脑内合成多巴胺的主要核团，与背侧基底核、底丘脑构成基底运动环路[21]，可能通过多巴胺能神经与IS引发的震颤等运动障碍相关。为明确DGMI在黑质脑区抗CIRI的作用通路，本研究通过建立小鼠大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型，模拟急性IS时脑内局灶性缺血缺氧的状态，利用转录组测序对小鼠脑样本进行测序，并结合生信分析鉴定DGMI在黑质脑区抗脑缺血损伤的作用通路及功能效应，为深入探索其作用机制提供思路。 1 材料 1.1 动物 SPF级雄性C57BL/6小鼠，6～8周龄，体质量18～22 g，购自南京市江宁区青龙山动物养殖场公司，生产质量合格证SCXK（浙）2019-0002。动物于江苏康缘药业有限公司动物房普通清洁级环境中适应性饲养1周，温度（24±2）℃、12 h光昼交替，自由进食饮水。动物实验经江苏康缘药业有限公司动物委员会批准（批号2023110101）。 1.2 药品与试剂 DGMI（商品名为尤赛金，国药准字z20120024，批号220703）由江苏康缘药业有限公司提供；银杏叶提取物761（Ginkgo biloba extract-761，EGb-761，商品名为金纳多，3.5 mg/mL，国药准字HC20181022，批号P6001）由台湾济生医药生技股份有限公司提供；1800AA型小鼠硅胶线栓购自广州佳灵生物有限公司；舒泰50（货号BN8G4VA）购自法国维克公司；2,3,5-氯化三苯基四氮唑（2,3,5-triphenyltetrazolium chloride，TTC，批号BCCJ6488）购自美国Sigma公司；RNA提取试剂盒（批号AM90890A）购自日本Takara公司；Qubit RNA BR Assay kit（批号2506001）、Qubit 1X dsDNA HS assay kit（批号2483579）购自美国Invitrogen公司；Illumina Poly(A) Capture（批号20733163）、Illumina RNA Prep Ligation（批号20723247）、IDT for Illumina RNA Index Anchors（批号20717954）、IDT for Illumina DNA/RNA UD Indexes（批号20739487）、NextSeqTM 2000 P3 300循环试剂盒（批号20751014）购自美国Illumina公司；RNA Screen Tape（批号02020849-192）、RNA Screen Tape缓冲液（批号0006698095）、D1000 Screen Tape（批号0202853-39）、D1000试剂（批号0006739609）购自美国Agilent公司。 1.3 仪器 DOM-1001型显微镜、RFLSI ZW型激光散斑血流成像系统（深圳市瑞沃德生命科技有限公司）；PY-SM5（LCD）型LCD高精度智能温控器（余姚市品益电器有限公司）；NanoDrop分光光度计（美国Thermo Fisher Scientific公司）；4150型TapeStation自动化电泳系统（美国Agilent公司）；Qubit 4.0型核酸定量仪（美国Invitrogen公司）；NextSeqTM 2000型测序仪（美国Illumina公司）。 2 方法 2.1 动物分组、造模及给药 小鼠适应性饲养5 d后，随机分为假手术组、模型组、DGMI（25 mg/kg）组及EGb-761（100 mg/kg）组，为确保各组术后存活10只小鼠，假手术组设置10只，模型组设置16只，EGb-761组和DGMI组设置14只。 小鼠ip舒泰50麻醉后，参照LONGA法[22]复制MCAO模型。用线栓阻塞小鼠大脑中动脉血流，缺血1 h时，拔出线栓恢复血流，进行再灌注，并结扎颈外动脉剪口。假手术组小鼠进行颈动脉暴露处理，但不插入栓线。手术过程室温控制在（26±1）℃，术后使用加热垫等设备维持小鼠体温保持37 ℃。线栓进入后，将小鼠俯卧位固定，纵向剪开头皮，充分暴露颅骨，置于激光散斑血流成像系统下进行血流检测，确保造模成功。采用RFLSI Analysis v2.0.29.26606软件分析数据，在缺血侧及对侧一致位置添加相同的区域，得到脑血流量统计结果。对造模小鼠进行筛选，排除造模不成功、大出血、蛛网膜出血及过早死亡的小鼠，最终纳入统计的共有40只小鼠，每组分别10只。 基于本课题组预实验结果，DGMI对小鼠MCAO模型术后24 h脑梗死面积改善程度的最佳剂量为25 mg/kg。因此，本研究采用25 mg/kg剂量开展DGMI的药效评价。DGMI组术后30 min ip药物（DGMI以生理盐水将稀释成2.5 mg/mL的溶液），EGb-761组术前1 h ip药物，假手术组和模型组ip等体积生理盐水。 2.2 神经功能评分与脑组织TTC染色 小鼠再灌注24 h后进行改良版神经功能缺损评分（modified neurological severity score，mNSS）[23]。评分后取血，迅速取脑组织，?20 ℃冰箱中冷冻15 min，随后将冷冻后的脑组织切成厚度为2 mm的冠状切片共6片，使用2% TTC染液于37 ℃恒温水浴锅中避光染色10 min，用4%多聚甲醛溶液对脑片进行固定，24 h后拍照。使用Image-Pro Plus 6.0软件计算脑梗死面积。 脑梗死面积＝白色缺血面积/总面积 2.3 脑黑质RNA提取和转录组测序 取小鼠脑黑质，每组4个样本，经高速冷冻研磨机粉碎成匀浆后，按照RNA提取试剂盒说明书提取RNA。经过RNA质量控制后，筛选3个符合条件的样品，按照Illumina文库制备体系，完成文库的构建稀释与上机测序。 2.4 转录组数据分析 2.4.1 转录组数据处理与质量分析 利用Trimmomatic[24]软件对测序数据进行滤过，获取高质量的数据信息，直接从基因组网站下载参考基因组和基因模型注释文件，使用HISAT2[25]和String Tie[26]软件将clean reads与参照基因组进行比对和拼接。 2.4.2 降维分析与模型评价 将各组数据进行降维分析，主要分为主成分分析和tSNE降维分析，比较各组离散程度。 2.4.3 差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）筛选 采用DESeq[27]软件包对各组细胞的基因表达量进行差异分析，模型组DEGs以模型组vs假手术组筛选，给药组DEGs以给药组vs模型组筛选，筛选标准为|log2差异倍数（fold change，FC）|≥2且Padjust≤0.05。 2.4.4 基因集富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA） GSEA通路富集分析不局限于某些目标基因集，而是从所有基因的表达丰度出发，分析在不同的通路中的基因的整体表达影响，理论上更容易囊括细微但协调性的变化对生物通路的影响。参照徐小波等[28]研究，计算药物干预后表达趋势逆转的通路数与模型组特征通路总数的比值（响应值），并评价药物抗脑缺血再损伤的能力。 2.4.5 基因本体（gene ontology，GO）功能及京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析 运用R语言limma[29]软件包对差异基因进行GO功能和KEGG通路富集分析，并用R语言将相关信息可视化。GO功能包括生物学过程（biological process，BP）、细胞组分（cellular component，CC）和分子功能（molecular function，MF）。使用超几何检验进行富集分析。FDR校正的P≤0.05被认为显著富集。 2.5 qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]验证关键基因表达 按照试剂盒说明书提取脑黑质中总RNA并合成cDNA，进行qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]分析。采用2?ΔΔCt法计算相关关键基因表达。溶质载体家族6成员A3（solute carrier family 18 member A3，Slc6a3）、钙调蛋白样4（calmodulin like 4，Calml4）、G蛋白亚基γ14（G protein subunit gamma 14，Gng14）、C-C基序趋化因子2（C-C motif chemokine ligand 2，Ccl2）、色氨酸羟化酶2（tryptophan hydroxylase 2，Tph2）、C-X-C趋化因子1（C-X-C motif chemokine ligand 1，Cxcl1）、β-actin引物序列见表1。 图片 2.6 统计学分析 实验结果使用Graghpad prism 9.0软件进行统计分析。两组间比较采用独立样本t检验，组间多重比较采用单因素方差分析（One way ANOVA）和Dunnett-t检验，数据以表示。 3 结果 3.1 脑血流成像结果 通过脑血流仪监测小鼠脑皮质血流量变化，如图1和表2所示，发现插入线栓缺血时，与假手术组比较，各组小鼠手术缺血侧脑皮质血流量均显著降低（P＜0.001），表明缺血造模成功，建立的小鼠MCAO脑缺血再灌注模型稳定可靠。 图片图片 3.2 DGMI对MCAO模型小鼠的药效评价 3.2.1 DGMI对MCAO模型小鼠mNSS的影响 脑缺血再灌注后24 h，各组小鼠mNSS结果见图2，假手术组为0分，无神经功能损伤；与假手术组比较，模型组小鼠mNSS显著升高（P＜0.001），神经功能损伤严重；与模型组比较，各给药组mNSS显著降低（P＜0.01、0.001）。表明MCAO造模可导致小鼠神经功能受到损伤，引起小鼠行为学发生变化；EGb-761和DGMI可显著改善小鼠缺血再灌注造成的神经功能损伤。 图片 3.2.2 DGMI对MCAO模型小鼠脑梗死面积的影响 如图3所示，TTC染色后，假手术组脑切片呈均匀的红色，模型组脑切片缺血侧有明显的白色梗死部位；与模型组比较，各给药组小鼠脑梗死面积 显著减小（P＜0.001）。表明DGMI和EGb-761可显著改善小鼠脑梗死面积，对小鼠脑梗死有一定治疗作用。 图片 3.3 转录组测序分析 3.3.1 转录组测序数据质量分析 在建立的测序文库中，超过Q30的比例在94%以上，对测序数据中reads进行滤过后，数据质量控制结果显示，与参考基因组的序列比对率在70%以上，表明测序结果较好。 3.3.2 降维分析与模型评价 经主成分分析发现，假手术组和模型组明显分离（图4-A）。对各组进行tSNE降维分析，发现DGMI组与模型组明显分离（图4-B）。 图片 3.3.3 DEGs分析 如图5-A～C所示，与假手术组比较，模型组共筛选得到88个差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），其中78个基因上调，10个基因下调。与模型组比较，DGMI组有21个基因上调，108个基因下调；EGb-761组有92个基因上调，84个基因下调。分别对模型组和DGMI、EGb-761组的DEGs取交集，如图5-D所示，DGMI组与模型组共有32个差异基因重合，EGb-761组与模型组共有31个差异基因重合，三者共有10个DEGs重合。 图片 图6中展示了EGb-761组、DGMI组和模型组DEGs重叠部分的热图，共53个DEGs。可以发现，这部分DEGs在给药后有不同程度的逆转。此外，在Lv等[30]通过131个小鼠和39个大鼠样本MCAO模型筛选出的15个共同DEGs中，模型组DEGs中有活化转录因子3（activating transcription factor 3，Atf3）、组织基质金属蛋白酶抑制剂1（tissue inhibitor of metalloproteinases 1，Timp1）、分化抗原14（cluster of differentiation 14，Cd14）、半乳糖结合凝集素3（lectin, galactoside-binding, soluble 3，Lgals3）、血红素加氧酶（heme oxygenase 1，Hmox1）、Ccl2、上皮膜蛋白1（epithelial membrane protein 1，Emp1）、热休克蛋白家族B成员1（heat shock protein family B member 1，Hspb1）、血小板反应蛋白基序1型去整合素和金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 1，Adamts1）、波形蛋白（vimentin protein，Vim）共10个基因重合（66.7%）。Lv等[30]发现的与人类卒中易感基因联系最强的基因Adamts1、锌指蛋白（zinc finger protein 36，Zfp36）、核因子κB抑制剂zeta（nuclear factor kappa B inhibitor zeta，Nfkbiz）、Ccl2和Hmox1中，本研究模型组中也有3个重合。 图片 3.3.4 GSEA结果 如图7所示，GSEA结果显示，与假手术组比较，模型组表达相反的通路有35条，定义这些通路为模型组的特征通路；DGMI与模型组趋势相反的通路有7条，如帕金森症、色氨酸代谢、嘧啶代谢等通路，响应值为20%左右。 图片 3.3.5 DEGs的GO功能富集分析 为明确小鼠MCAO造模及药物干预后所涉及的生物学功能变化，对模型组和DGMI组小鼠脑组织DEGs进行GO功能富集分析，见图8。结果显示，模型组主要富集在细胞对白细胞介素-1和γ干扰素的反应、趋化因子互作和免疫细胞的浸润等BP，细胞外空间、细胞外区域等CC，趋化因子受体结合等MF。DGMI干预后，主要富集在分泌颗粒、神经肽激素信号通路等BP，细胞外空间与区域，多巴胺能神经突触等CC，S100蛋白结合、激素与神经肽激素等MF。 图片 3.3.6 DEGs的KEGG通路富集分析 为明确DGMI对MCAO模型小鼠KEGG通路的影响，基于获得的DEGs进行KEGG通路富集分析，见图9。结果显示，模型组前15条KEGG通路主要与炎症、凋亡和免疫反应相关，富集在细胞因子-细胞因子受体相互作用、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）信号通路、白细胞介素-17（interleukin-17，IL-17）信号通路、趋化因子信号通路、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路等。DGMI组KEGG通路主要富集在神经活性配体-受体作用、多巴胺能神经突触等。 图片 进一步分析发现，模型组KEGG通路中出现频率较高（≥3）的关键差异基因为Ccl12、Ccl2、Cxcl1等，见表3。DGMI组KEGG通路中出现频率较高（≥3）的关键差异基因是Gng14、Slc6a3、Calml4等，见表4。 图片 Ccl12、Ccl2与免疫细胞趋化浸润脑区有关，Gng14编码的蛋白质参与G蛋白偶联受体通路，而Slc6a3、Calml4与多巴胺在脑内的转运分泌密切相关，提示DGMI治疗IS可能与多巴胺能信号通路密切相关。 3.4 qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]验证关键基因表达 对模型组和DGMI组部分关键基因表达进行qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]验证，如图10所示，与对照组比较，模型组小鼠脑组织Slc6a3、Tph2基因表达水平显著降低（P＜0.001），Calml4、Ccl2、Gng14、Cxcl1基因表达显著升高（P＜0.05、0.01、0.001）；与模型组比较，DGMI组小鼠脑组织Slc6a3、Tph2基因表达显著升高（P＜0.01、0.001），Calml4、Ccl2、Gng14、Cxcl1基因表达显著降低（P＜0.05、0.01、0.001）。6个基因表达量的qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]检测结果均与转录组测序结果一致；值得注意的是，Calml4和Gng14 2个基因通过qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]和转录组测序方法获得的表达量在3个受试样本间差异较大，这可能是由于2种检测方法对基因的检测区域不同产生的，因此说明qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]检测对RNA-seq结果验证的必要性。总之，综合qRT-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/jp][color=#3333ff]PCR[/color][/url]与转录组测序结果，DGMI可能通过影响炎症和多巴胺相关通路改善IS。 图片 4 讨论 目前，银杏叶提取物作为天然药物产物，已被证明具有抗炎、抗氧化等多种药理作用，可以有效治疗IS。DGMI是国内常用的银杏叶提取物制剂之一，目前虽然在临床前和临床研究上都获得一定成果，但是其治疗IS的作用机制尚缺乏深入的探索。在DGMI作用机制探索的初期首先面对3方面主要的问题。第一，缺乏机制研究方向的指导。面对此问题，在组学水平，例如采用转录组测序方法，获得与疾病进程和发展相关，以及药物治疗途径相关的必要信息，将对后续针对性及更深入的研究提供方向指导。第二，对于IS，临床实验样本的获取比较困难，使得目前相关研究集中在细胞和动物实验，目前关于DGMI在动物IS实验上的转录组测序还没有相关研究内容发表以作参考。第三，由于大脑功能的实行分区域进行，且十分复杂，采用全脑均质化样本进行检测难以对获得的结果进行解析，取特定的脑区进行研究可以更精准地反映疾病和药物对脑特定的功能结构造成的变化影响。 4.1 多巴胺能神经、黑质与卒中炎症 CCL2基因编码的单核细胞趋化蛋白，可以吸引单核和淋巴细胞。CCL2/CCR2趋化因子信号通路在卒中急性期中呈现促炎作用[31]，临床试验和动物实验都证明CCL2基因高表达是IS的危险因素，而且在临床上CCL2可作为多种卒中亚型急性期的标志物[32-33]。CCL2因子可由小胶质细胞促炎亚型分泌，CCL2还可能与其他趋化因子共同作用，在急性期介导CD8+ T细胞在脑中的活化和浸润[34]。不过在急性期后的慢性期，CCL2可能有利于促进血管生成和卒中恢复[35]。卒中后活化的星型胶质细胞等分泌的CXCL-1是中性粒细胞趋化因子，可以募集中性粒细胞浸润脑区。中性粒细胞会通过胞外诱捕网等方式进一步加剧卒中[36-38]。 DGMI组和模型组黑质脑区DEGs的KEGG以及GO结果显示，DGMI治疗IS可能和多巴胺能神经相关，尤其是多巴胺的转运和代谢。溶质载体蛋白（solute carrier，Slc）是一类跨膜转运蛋白，Slc18a2基因调控的囊泡单胺转运蛋白2（Vesicular monoamine transporter 2，VMAT2）依赖于质子浓度，介导多巴胺在突触前神经元中从胞质溶胶进入囊泡储存[39-41]，囊泡经突触小泡循环将多巴胺运至突触前膜附近，释放多巴胺进入突触间隙，多巴胺结合突触后膜的受体后失活，而Slc6a3调控的多巴胺转运蛋白1（dopamine transporter1，DAT1）位于突触前末梢周围，依赖于Na+/Cl?从突触间隙再摄取多巴胺至突触前末梢[42]。包括多巴胺、乙酰胆碱在内的多种神经递质的受体为G蛋白偶联受体，小鼠Gng14编码的蛋白为G蛋白γ亚基，与人类GNG14同源，Gng14可能通过调节G蛋白亚基发挥作用，而Calml4是钙调蛋白，通过与钙离子结合作用于钙离子信号通路对下游信号产生影响。TPH2是5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）合成的关键酶，同时也会影响多巴胺的浓度，涉及其转运与代谢[43]。 多巴胺能神经元控制着脑内的奖赏系统、成瘾性以及运动功能[44]，还能调控疼痛和神经炎症[45-46]。黑质-纹状体通路是主要的多巴胺能通路之一

中国科技网讯 众所周知，脑部疾病很难治疗。据物理学家组织网近日报道，约翰·霍普金斯大学研究人员报告称，他们对运载药物的纳米粒子进行了改良，使其能按照预期，安全定量地渗透到脑组织深处。研究人员指出，这一改进在制造灵活药物递送系统、克服脑癌及其他器官疾病障碍方面迈进了一大步。相关论文在线发表于《科学·转化医学》上。 在做完脑肿瘤摘除手术后，标准治疗方案还需要进行化疗，以杀死病灶部位无法手术摘除的残留细胞。但化疗药物剂量很难控制，既要够大才能穿透组织，又要够小才能保证病人安全。这种方法预防肿瘤复发成功率并不高。 为了克服剂量难题，研究小组设计出一种纳米粒子，能在一段时间内持续、稳定地将小剂量药物递送到病灶部位，而且能顺利地一次性就到达大脑，不会被组织环境黏住。约翰·霍普金斯大学病理学家查尔斯·埃伯哈特说，传统的纳米粒子是用像绳子似的分子将药物紧紧缠裹成小球，遇水后缓慢分解，但递送效果并不理想，因为纳米粒子会黏在注射部位的细胞上，不向组织内部移动。 为此，该校化学与生物分子工程研究生、霍普金斯神经外科医生伊丽莎白·南希将聚乙二醇（PEG）涂在大小不同的纳米塑料珠上，稠密的PEG涂层让纳米珠变得更光滑，减小了其与周围环境的相互作用，而且涂层能保护纳米粒子免受机体防御系统攻击。 在组织实验中，他们给涂层纳米珠作了荧光标记，注射进小鼠和人的脑组织切片中，跟踪它们的运动情况，结果发现PEG涂层让较大的纳米珠也能透过组织，有些甚至接近了以往认为的透过脑组织最大限度的2倍。动物实验效果也相同。 随后，他们给一种携带化疗药物紫杉醇的生物降解纳米粒子涂上了PEG。在小鼠脑组织中，没有PEG涂层的纳米粒子运动非常慢，而有涂层的顺利扩散到组织中。南希说，现在纳米粒子能运载的药物量是以前的5倍，在脑组织中的运输距离是以前的3倍。下一步研究将看它们能否减缓动物体内肿瘤的生长。 研究人员指出，他们还希望进一步优化纳米粒子，将其与药物匹配以治疗其他脑部疾病，如多发性硬化症、中风、脑外伤、老年痴呆症和帕金森症等。（常丽君） 《科技日报》（2012-10-15 二版）