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UConn工程师设计了一种无毒 可生物降解的设备

UConn工程师设计了一种无毒,可生物降解的设备,可以帮助药物从血管进入脑组织,而这是传统上被人体防御机制阻止的途径。他们在12月23日出版的PNAS中描述了他们的发明。

UConn工程师设计了一种无毒 可生物降解的设备

大脑中的血管由紧密排列在一起的细胞排成一行,形成了所谓的血脑屏障,可以隔离大脑本身的细菌和毒素。但是,这种血脑屏障也阻止了诸如癌症之类的脑部疾病的药物治疗。

UConn的生物医学工程师Thanh Nguyen说:“打开这一障碍的安全有效途径是超声波。” 聚焦在正确位置的超声波可以使血管内壁的细胞振动,足以在血脑屏障中打开短暂的裂纹,从而使药物能够通过。但是,当前的超声技术要做到这一点,需要将多个超声源排列在一个人的头骨周围,然后使用MRI机器来引导操作超声的人将波聚焦在正确的位置。每次一个人需要服用一定剂量的药物时,这种方法笨重,困难且昂贵。

还有另一种方法:植入的设备可以在大脑中局部应用超声。它更加精确和可重复,但是大多数超声换能器包含有毒物质,例如铅。而且使用后必须将其去除,这需要手术并且可能会伤害大脑组织。

具。他的实验室专门研究压电生物材料。压电将诸如弯曲或压缩之类的物理应变转换为电,反之亦然。它们是换能器的理想材料,换能器利用电来产生振动。

Nguyen的研究生Eli Curry提出了如何将可生物降解的聚合物聚L-乳酸(PLLA)纺成宽度仅为200纳米,长度为几十至数百微米的微小纳米纤维的方法。当研究人员在此纺丝过程中施加高电压时,纤维就会拉伸并对齐。这样对齐后,可以将它们编织成网格。纤维的排列增强了它们的压电响应,从而使纳米纤维PLLA所消耗的电能比常规的聚合物薄膜所产生的电能少得多。这些高度压电的纳米纤维使研究人员能够制造出可生物降解的敏感传感器,该传感器可无线测量器官内压力。相同的传感器也可以用作超声换能器。

PLLA通常用于溶解外科缝合线,是一种非常安全的生物相容性材料。因此,当研究生Thinh Le将PLLA换能器植入小鼠体内时,他发现换能器已被安全地生物降解。最重要的是,该设备可以生成控制良好的超声波,以局部打开血脑屏障,从而帮助注入血液的药物进入大脑组织。该超声设备甚至可以充当扬声器以产生可听见的声音或播放音乐。

Nguyen说:“这是令人兴奋的概念证明;它是第一个由普通且安全的医疗材料制成的可生物降解的换能器。” 他说,研究小组仍需要研究如何优化强度,以在血脑屏障中形成良好的裂缝,其宽度足以使大分子药物通过,而又不会损害血管或大脑。对于要批准用于人类的设备,需要在比小鼠大的动物中测试更长的时间。

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