研究人员发明了用于在大脑中输送和激活药物的超细纤维技术

麻省理工学院副教授 Paulina Anikeeva 和来自俄勒冈健康与科学大学的 James Frank 开发了一种超细纤维技术，用于递送和激活一种药物，该药物可以通过暴露在光线下而被诱导与大脑中的受体结合。弗兰克说，用于调节活体动物大脑中神经回路的光可控药物的主要障碍之一是缺乏能够同时将光和药物输送到大脑目标区域的硬件。研究人员表示，他们的工作提供了一种使用单根光纤按需传输光和药物的综合方法。

该团队开发了一种设备，可以在大脑深处输送“光开关”药物。被称为光开关的光敏分子可以连接药物，用手电筒打开和关闭活动。这种类型的药物被称为光药理学，在新研究中用于控制小鼠的神经元活动和行为。用光控制药物活性的一项挑战是光和药物必须同时输送到靶细胞。

当目标位于体内深处时，同时递送两者是一项挑战。该团队使用了多功能纤维，其中包含一个流体通道和一个由多层不同材料融合在一起的光波导，提供了灵活性和强度。制造光纤从使用称为热拉伸的过程加热和拉动的宏观光纤开始。该过程使纤维更长，直径缩小近 70 倍。

该方法允许在微米级从原始模板创建数百米的微型化纤维，以最大限度地减少组织损伤。在这项研究中，该团队使用了 480 微米 x 380 微米、重 0.8 克的可植入纤维束。这种纤维足够小，老鼠可以轻松地将它戴在头上数周。

该团队在传递系统中使用的药物是一种经过改良的光可开关类似物辣椒素，辣椒素是一种在辣椒中发现的分子。该特定分子与控制热感的感觉神经元上的 TRPV1 受体结合。这种修改允许辣椒素被 560 纳米波长的可见绿色光激活。该波长不会损伤组织。

将纤维植入小鼠大脑的腹侧被盖区，这是大脑的深部区域，富含控制寻求奖励行为的多巴胺神经元。研究小组发现，小鼠更喜欢接受表达受体病毒的腔室，这些病毒传递辣椒素、光开关受体配体，以及激活药物的绿灯，表明药物和传递系统起作用。