没有副作用的医疗，需要一个“光开关”

文/陈根

通常,当口服或静脉注射时,药物会因为传播到全身进而产生不必要的副作用。在这样的情况下,靶向治疗就显得尤其重要。

现在,麻省理工学院(MIT)的科学家们就在研究这种靶向治疗方案,这种靶向治疗方案是一种微纤维技术,可以将光和光激活药物直接输送到靶子区域。

其中,“光敏开关”药物含有光敏分子,它可以附着在药物上,用闪光来开启或关闭它们的活性——这些药物的用途被称为光药理学。在这项新的研究中,光药理学被用来控制小鼠的神经元活动和行为。

然而,要利用光来控制药物的活性,光和药物必须同时传递到靶细胞。当目标深入体内时,就成为了一个重大挑战。基于此,研究人员开发制造了生物相容的多功能纤维,这些纤维包含微流控通道和波导,用于输送液体和传输光。

此次研究中使用的多功能光纤包含一个流体通道和一个光波导,由许多不同的材料层组成,这些材料层融合在一起以提供柔韧性和强度。纤维的原始形态是在宏观尺度上构造的,然后加热和拉伸(一种称为热拉伸的过程)使其变长。

通过这种方法,就可以从原始模板上以微米的横截面比例制造出数百米的小型化光纤,从而最大限度地减少组织损伤。

为了证实此次研究装置同时输送液体和光的有效性,研究人员还修改了辣椒素的一种光开关类似物,辣椒素是一种在辣椒中发现的分子,与感觉神经元上的TRPV1受体结合并控制热的感觉。

这种修饰使辣椒素类似物被560纳米波长的光(可见绿色)激活,与需要紫外线的药物的原始版本相比,这种光对组织没有损害。通过向神经元中加入TRPV1受体和新的光开关辣椒素类似物,它们可以被绿光人工激活。结果证明,这种新的光药理学系统可以在培养皿中培养的细胞中发挥作用,

此外,为了进一步测试此次研究系统是否能激活大脑中的神经元,研究人员还在老鼠身上进行了测试。

作为对照,在老鼠笼子的不同房间里,该设备被用来传递一种不能促进TRVP1表达的病毒,它也被用来传递一种不能激活辣椒素模拟物的波长的光。随后,老鼠表现出更喜欢进入注射了适当病毒和适当光线的房间,这表明它们将那个房间跟愉快的感觉联系在一起。

显然,利用这些纤维在体内实现光药理学已经有了确切的例子,说明其用来改善和扩大人体与大脑的互动方式的未来潜力。同时,研究人员表示,这种技术的结合使得医疗能够利用药物注射在自由活动动物身上的化学特异性,实现光刺激的时空分辨率。而这对于靶向治疗无疑具有重要意义。