清华团队突破血脑屏障难题 创新纳米递送技术为脑卒中治疗开辟新路径

长期以来,血脑屏障对物质通行的严格限制,既是人体保护大脑稳态的重要机制,也在客观上抬高了神经系统疾病药物治疗的门槛。

大量候选药物在体外或动物实验中显示出潜力,却在进入临床阶段因难以有效到达脑内靶点而“卡关”。

如何在保证安全前提下提高药物在脑内病灶的可及性与有效浓度,成为脑卒中、神经退行性疾病及脑肿瘤等领域普遍面对的关键难题。

这一瓶颈的根源在于:传统给药方式大多依赖血液循环进入脑组织,而血脑屏障通过紧密连接、转运选择性与外排机制,将多数大分子、亲水性或易被外排的药物阻挡在外。

为突破这一限制,研究界曾探索过提高药物脂溶性、使用载体或受体介导转运、聚焦超声短暂打开屏障等路径,但在靶向性、可控性、系统暴露以及重复治疗的可行性方面仍存在现实约束。

基于近年来对颅骨骨髓与脑膜之间“微通道”结构的认识,清华大学生物医学工程学院张明君教授团队与首都医科大学附属北京天坛医院王伊龙教授团队提出一条不同于“从血管进入大脑”的递送路线:通过颅骨骨髓这一相对局部、可操作的解剖空间,借助免疫细胞在生理与病理条件下向脑膜及病灶迁移的天然通路,实现药物“随细胞而行、向病灶聚集”的定向递送。

相关研究成果以“纳米颗粒劫持颅骨骨髓免疫细胞用于中枢神经系统药物递送和卒中治疗”为题发表于《细胞》。

在具体方法上,团队采用颅骨骨髓微创注射,将白蛋白纳米颗粒送入颅骨骨髓腔。

纳米颗粒本身并不具备天然“指哪打哪”的靶向能力,但其进入骨髓后可被当地免疫细胞高效摄取。

随后,这些“携药”免疫细胞沿颅骨—脑膜微通道迁移,在脑卒中发生后迁移显著增强,并在脑膜及卒中病灶区域出现高富集。

借助组织透明化与三维成像等手段,研究团队对这一迁移路径及富集过程进行了可视化验证,为“绕开血管内路径、避开血脑屏障”的策略提供了直观证据。

从影响层面看,这一思路的核心价值在于同时触及“效率”与“安全”两大关键点:一方面,通过利用病理状态下免疫细胞向损伤区域集结的趋势,有望在较低给药量下实现较高病灶暴露,从而提高单位剂量的治疗收益;另一方面,由于递送主要发生在局部骨髓—脑膜通路,研究显示纳米颗粒进入外周血液及主要脏器的比例较低,系统暴露减少意味着潜在全身副作用风险也可能降低。

以急性缺血性脑卒中小鼠模型为例,即便剂量仅为传统静脉给药的1/15,仍可显著减小脑梗死体积、缓解脑水肿并改善神经功能;长期随访还提示对脑萎缩、结构保护、生存率及学习记忆、运动能力等存在持续获益的可能。

在对策与转化层面,团队在动物证据基础上进一步推进人体探索性验证,开展SOLUTION试验,纳入20例恶性脑中动脉梗死患者。

试验结果显示,经颅骨骨髓给药流程相对清晰,手术耐受性良好,随访期间未观察到与给药相关的严重不良事件,并在神经功能恢复方面呈现积极趋势。

尽管该研究仍属于探索性阶段,样本量有限,且疗效结论尚需更大规模、随机对照研究进一步确认,但其在“可操作性与初步安全性”上的结果,为后续临床试验设计与适应证拓展提供了现实依据。

面向前景,这一通路的意义或不止于卒中治疗。

其所代表的,是一种“以生物细胞迁移为运输工具”的递送范式,有望为多类中枢神经系统疾病提供新的药物进入路径,并与影像监测、个体化剂量策略相结合,提升按需给药与精准治疗的可能性。

与此同时,研究团队也提出,该微创、高效的生物物料传输通道未来或可与脑机接口等方向产生交叉,探索同时承载物料、能量与信息交互的综合接口形态。

但从科学走向应用仍需面对关键问题,包括长期重复给药的安全边界、不同疾病状态下迁移规律的差异、免疫细胞行为改变带来的潜在风险,以及生产工艺、质量控制和临床路径标准化等。

这项源自人体自身免疫智慧的突破,标志着我国在生物医药交叉领域已从跟跑转向并跑。

当科学家学会"借道"而非"闯关",血脑屏障这个进化赋予的保护机制,正被转化为治疗疾病的绿色通道。

这种尊重生命规律的研究范式,或许将为更多医学难题提供解题钥匙。