研究人员利用超声波引导微车辆穿过小鼠大脑中的血管

苏黎世联邦理工学院的研究人员首次证明，可以使用超声波引导微车辆穿过小鼠大脑中的血管。他们希望这最终能带来能够精确输送药物的治疗方法。他们的研究发表在《自然通讯》上。

脑肿瘤、脑出血以及神经和心理疾病通常很难用药物治疗。即使有有效的药物，这些药物也往往会产生严重的副作用，因为它们在整个大脑中循环，而不仅仅是它们要治疗的区域。

鉴于这种情况，研究人员非常希望有一天能够提供一种更有针对性的方法，将药物运送到非常具体的地点。为此，他们正在开发可以引导其穿过密集血管迷宫的微型转运器。

苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员首次成功利用超声波引导微车辆穿过动物大脑的血管。

超声波代替磁力

与基于磁场的替代导航技术相比，超声波具有一定的优势。苏黎世联邦理工学院声学机器人学教授兼该研究的主管DanielAhmed解释说：“超声波除了广泛应用于医疗领域外，它还很安全，并且可以深入人体。”

艾哈迈德和他的同事在他们的微型飞行器中使用了涂有脂质的充气微泡，脂质与生物细胞膜的成分相同。这些气泡的直径为1.5微米，目前​​用作超声成像中的对比材料。

正如研究人员现在所证明的那样，这些微泡可以引导通过血管。艾哈迈德说：“由于这些气泡或囊泡已被批准用于人类，因此我们的技术可能会比目前正在开发的其他类型的微载体更快地获得批准并用于人类治疗。”

超声波引导微泡的另一个好处是，一旦完成工作，它们就会溶解在体内。当使用另一种方法(磁场)时，微车辆必须具有磁性，并且开发可生物降解的微车辆并不容易。此外，苏黎世联邦理工学院研究人员开发的微泡又小又光滑。艾哈迈德小组的博士生、该研究的主要作者AlexiaDelCampoFonseca说：“这使我们可以轻松地引导它们沿着狭窄的毛细血管移动。”

逆流而上

在过去的几年里，艾哈迈德和他的团队一直在实验室工作，开发引导微气泡通过狭窄血管的方法。现在，他们与苏黎世大学和苏黎世大学医院的研究人员合作，在小鼠大脑的血管上测试了这种方法。研究人员将这些气泡注射到啮齿动物的循环系统中，在没有任何外界帮助的情况下，它们会在血液中流动。

然而，研究人员成功地利用超声波将气泡固定在适当的位置，并引导它们逆着血流方向穿过脑血管。研究人员甚至能够引导气泡穿过蜿蜒的血管，或者让它们多次改变方向，以引导它们进入血流最狭窄的分支。

为了控制微型车辆的运动，研究人员还在每只小鼠的头骨外侧安装了四个小型传感器。这些设备产生超声波范围内的振动，并以波的形式在大脑中传播。在大脑的某些点，两个或多个传感器发出的波可以相互放大或相互抵消。研究人员使用一种复杂的方法来调整每个传感器的输出来引导气泡。实时成像向他们显示气泡移动的方向。

为了为这项研究创建成像，研究人员使用了双光子显微镜。未来，他们还希望利用超声波本身进行成像，并计划为此目的增强超声波技术。

在这项研究中，微泡没有配备药物。研究人员首先想证明他们可以沿着血管引导微车辆，并且这项技术适合在大脑中使用。这就是有前景的医学应用，包括治疗癌症、中风和心理疾病。

研究人员的下一步是将药物分子附着在气泡壳的外部以进行运输。他们希望将整个方法增强到可以用于人类的程度，希望有一天能为新疗法的开发提供基础。

更多信息：AlexiaDelCampoFonseca等人，小鼠大脑脉管系统中微型机器人的超声捕获和导

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