近日，來自南京大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了一篇題為“Micro/nanoscale systems for precise delivery of drugs to the central nervous system”的綜述文章，深入探討了微納系統(tǒng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物傳遞中的運(yùn)用和面臨的挑戰(zhàn)，涵蓋了微流控腦模擬器、納米藥物載體、微創(chuàng)介入手段以及實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)等多個方面。同時(shí)，該文也對這一領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

腦部疾病對全球健康造成了巨大的負(fù)擔(dān)，尋找有效的藥物遞送方式是治療的關(guān)鍵。然而，腦部藥物遞送面臨著眾多挑戰(zhàn)，包括生物屏障、細(xì)胞靶向的多樣性、藥物分布的不確定性、較大的藥物毒性和缺乏臨床前模型等。其中，生物屏障是最大的障礙。血腦屏障、血腦脊液屏障和蛛網(wǎng)膜屏障是保護(hù)腦部免受外界有害物質(zhì)侵?jǐn)_的重要機(jī)制，維持了腦部的穩(wěn)定環(huán)境。

然而，這些屏障也阻礙了大多數(shù)藥物進(jìn)入腦部，影響了藥物的治療效果。隨著微納制造技術(shù)的飛速發(fā)展，腦部藥物遞送有了新的解決方案。通過建立腦部微流控體外模型、創(chuàng)新微納藥物載體、開發(fā)微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)以及利用實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)技術(shù)，可以有效地克服傳統(tǒng)方法的局限，提高治療效率和手術(shù)精度。

腦部屏障器官芯片（μBBB）解決了在人體腦部研究中缺乏臨床前模型的問題，它可以在體外模擬出復(fù)雜的人腦構(gòu)造。通過在芯片上共同培養(yǎng)多種神經(jīng)細(xì)胞和大腦微血管細(xì)胞，這一模型復(fù)制了人腦的基本物理過程，創(chuàng)建了一個精細(xì)調(diào)控的微觀生理系統(tǒng)。

這一多功能的平臺被廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究、高通量藥物篩選以及神經(jīng)毒性評估。μBBB主要分為人工模型和自我生長模型兩種類型。人工模型具有可控性和標(biāo)準(zhǔn)化，適用于商業(yè)化的藥物篩選工作。而自我生長模型則能自主發(fā)展成與天然血管結(jié)構(gòu)相似的三維血管網(wǎng)絡(luò)，適用于對腦部疾病、大腦發(fā)育機(jī)制的深入研究和個性化診療。

全身藥物輸送通常是通過靜脈注射進(jìn)行的，但血腦屏障阻止了大部分藥物的進(jìn)入。為了解決這一問題，微納系統(tǒng)提供了三種主要的策略：使用生物來源的載體、設(shè)計(jì)能夠穿透血腦屏障的人工微納材料，以及通過外部磁場、聲場、光場或電場的操控來瞬時(shí)打開血腦屏障。生物載體如細(xì)胞外囊泡、血細(xì)胞和嗜神經(jīng)病毒，它們具有天然的選擇性和穿越能力，這有助于降低藥物毒性，增強(qiáng)藥物的穩(wěn)定性。

人工微納材料如微/納米機(jī)器人、微泡和納米顆粒，它們在靶向藥物遞送、圖像引導(dǎo)和治療監(jiān)測方面具有多功能性，有望解決藥物釋放不足和藥物動力學(xué)差等問題。而要精確操控這些微納材料，我們需要應(yīng)用磁場、聲場、光場或電場。要實(shí)現(xiàn)血腦屏障的可逆開放，我們需要對外部刺激進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，這可能涉及到聚焦超聲、光熱效應(yīng)和脈沖電場等物理方法。

除了通過全身途徑穿越血腦屏障給藥，侵入式局部給藥也是一種有效的藥物遞送手段。這種給藥方式可以繞過血腦屏障，通過直接將藥物輸送到目標(biāo)部位來提高治療效果。侵入式給藥主要采用腦內(nèi)給藥和外周給藥兩種方式。腦內(nèi)給藥包括腦室注射、腦實(shí)質(zhì)注射和對流增強(qiáng)輸送等技術(shù)，而外周給藥則包括鞘內(nèi)和鼻內(nèi)給藥等方法。

隨著科技的發(fā)展，一系列微納系統(tǒng)被應(yīng)用于藥物遞送領(lǐng)域，包括納米顆粒、可植入支架、水凝膠和纖維機(jī)器人等。這些技術(shù)可以降低侵入式給藥的干預(yù)風(fēng)險(xiǎn)，提高治療效果。其中，纖維機(jī)器人作為一種可控的多功能纖維，可在難以到達(dá)的部位進(jìn)行多模式治療，為在大腦微創(chuàng)手術(shù)中實(shí)現(xiàn)高精度操控提供了一種很有前景的途徑。

在臨床應(yīng)用中，微納系統(tǒng)需要具備高度的可操縱性和體內(nèi)可追溯性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，多模態(tài)成像技術(shù)已成為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的成像模式如磁共振成像（MRI）和磁粒子成像（MPI）已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但它們的分辨率仍然有限。為了更好地跟蹤微納材料在體內(nèi)的位置和運(yùn)動，我們需要采用更先進(jìn)的成像技術(shù)。其中一種有前途的方法是集成超聲波的混合成像模式光聲成像（PAI）。這種技術(shù)能夠提供高分辨率的圖像，并且可以實(shí)時(shí)跟蹤微納材料的位置。

此外，神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)在功能性神經(jīng)外科和顱內(nèi)腫瘤干預(yù)中得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為微創(chuàng)神經(jīng)外科不可或缺的工具。隨著高精度神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)的不斷進(jìn)步和纖維機(jī)器人神經(jīng)微探針給藥系統(tǒng)的創(chuàng)新，腦內(nèi)介入給藥領(lǐng)域有望迎來新的解決方案。這些技術(shù)可以降低手術(shù)難度，提高治療效果，并為患者帶來更好的康復(fù)效果。

本文對微納系統(tǒng)在腦部藥物傳遞領(lǐng)域的最新進(jìn)展進(jìn)行了全面的綜述。隨著微流控平臺、新型載體、微創(chuàng)介入系統(tǒng)和實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)等技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者們正不斷改進(jìn)微納系統(tǒng)，以提高藥物遞送的精準(zhǔn)性和可控性。其中，整合定向運(yùn)輸、實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)和閉環(huán)控制的微納機(jī)器人系統(tǒng)成為了未來研究的熱點(diǎn)，為腦部藥物遞送領(lǐng)域帶來了更為創(chuàng)新和高效的解決方案。這些技術(shù)的進(jìn)步為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療帶來了新的可能性，為患者提供了更為個性化和精準(zhǔn)的醫(yī)療服務(wù)。