深圳先進院等開發了監測和抑制聚焦超聲開放血腦屏障過程中細胞凋亡的新方法
近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成所嚴飛團隊同北京大學深圳醫院團隊的最新成果以Early detection and reversal of cell apoptosis induced by focused ultrasound-mediated blood–brain barrier opening為題在線發表于美國化學會旗下材料學頂級期刊ACS Nano (IF = 15.881) 。深圳先進院合成所嚴飛研究員為該文章的通訊作者，深圳先進院合成所客座學生王潔瓊、謝麗婷和北京大學深圳醫院的石宇主任醫生為該文章的共同第一作者。
聚焦超聲（FUS）聯合微泡開放血腦屏障（Blood brain barrier, BBB）技術為各種大分子藥物顱內遞送治療相關腦疾病提供了新的途徑。然而，過大的聲學能量往往在打開BBB的同時也會導致細胞的亞致死損傷或凋亡。因此，該技術在臨床轉化過程中存在的安全性風險成為業界廣泛關注的問題。在正常細胞中，磷脂酰絲氨酸（PS）只分布在細胞膜脂質雙層的內側，細胞發生凋亡的早期，PS由脂膜內側翻向外側。膜聯蛋白V（Annexin V）是一種磷脂結合蛋白，與PS具有高度的親和力，是檢測細胞早期凋亡的常用試劑。為此，嚴飛研究員團隊開發了一種負載納米探針的微泡（AV-ICG-NPs@MBs），探針（AV-ICG-NPs）由Annexin V連接于結合ICG的白蛋白表面構成，并被封裝到脂質-PLGA雜合微泡的空腔內，當FUS照射后，腦血管中的AV-ICG-NPs@MBs會產生空化作用，導致超聲作用部位的BBB打開。與此同時，AV-ICG-NPs@MBs會被摧毀并釋放其負載的AV-ICG-NPs，這些被釋放的AV-ICG-NPs可穿過被破壞的BBB進入大腦，并與凋亡細胞膜外的PS結合，使得熒光信號在大腦中的滯留時間延長。而非靶向探針ICG-NPs則會在遞送進入大腦后借助開放的BBB被快速排出，由此實現超聲開放BBB過程中誘發的細胞凋亡事件的活體原位檢測。
此外，為抑制超聲開放BBB過程中可能導致的細胞凋亡，研究團隊也通過將抗氧化劑天麻素（GAS）封裝到AV-ICGNPs@MBs中，構建獲得了AV-ICG-NPs/GAS@MBs，在FUS刺激和微泡空化的作用下，GAS能夠被有效釋放和遞送入大腦，進而在腦中清除超聲開放BBB過程中產生的氧自由基。此時，由于缺乏外翻在細胞膜表面的PS，大腦中的熒光信號也會明顯降低。從而提供了一種有效的策略來逆轉超聲打開BBB對大腦造成的損害。綜上所述，這一研究為監測和抑制FUS介導的BBB開放過程中細胞凋亡提供了一種新的方法。
該工作獲得了國家科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金面上項目、深圳市科創委以及深圳合成生物學創新研究院等項目的支持。
載AV-ICG-NPs與AV-ICG-NPs/GAS微泡及聯合聚焦超聲大腦內遞送檢測（左）或逆轉（右）聚焦超聲開放BBB過程中細胞凋亡。
