两步超声空化技术：为缺血性脑卒中基因治疗开辟新路径

研究人员针对缺血性脑卒中（IS）基因治疗难题，开展两步超声空化递送外源性核酸（ENA）研究，发现该技术可有效递送 ENA，为 IS 治疗带来新希望。

　　缺血性脑卒中（Ischemic Stroke，IS）是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，约占所有脑卒中的 85%。目前，临床针对 IS 的主要治疗手段是在急性发作后的 4.5 小时时间窗内使用溶栓药物或取栓以实现再灌注。然而，仅有约 5% 的患者能在这一黄金时间窗内得到及时治疗。即便经过有效的溶栓治疗，大多数患者仍会因神经元和脑实质受损而出现脑功能障碍，如运动和语言障碍，甚至偏瘫，失去自理能力。

面对这一困境，基因治疗成为改善脑缺血恢复阶段的潜在 “救星”。基因治疗旨在通过转染外源性核酸（Exogenous Nucleic Acids，ENA）来纠正脑缺血细胞中异常表达的基因。但在实际应用中，却面临着两大棘手问题：一是血脑屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）的阻碍，它像一道坚固的城墙，阻止生物制药（分子量大于 500 Da）从血管进入脑实质，使得遗传物质和基因载体难以发挥作用；二是如何将遗传物质精准地递送到缺血细胞。

为攻克这些难题，西安交通大学的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们探索了利用两步超声空化技术，借助人工声阳离子聚合物纳米液滴（Acoustic-Cationic-Polymeric-Nanodroplets，ACPNs）实现向缺血性脑卒中病变部位精准递送外源性核酸。该研究成果发表在《Drug Delivery and Translational Research》杂志上。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是制备 ACPNs，通过多步反应构建了能高效携带 ENA 并保护其免受酶解的纳米液滴；其次，利用聚焦超声（Focused Ultrasound，FUS）技术，结合针式水听器和数字化仪对超声场进行校准，以实现对 ACPNs 的精准操控；再者，通过体外 3D 水凝胶实验和体内大鼠实验，观察超声空化对细胞活力、ENA 递送效率的影响。在动物实验中，研究人员建立了短暂性大脑中动脉闭塞（transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO）大鼠模型，以此模拟缺血性脑卒中的病理状态。

研究结果主要包括以下几个方面：

• ACPNs 的特性：制备的 ACPNs 呈球形，平均直径约 200nm，能够有效携带和保护 ENA，且在 37℃下 6 小时内直径保持稳定。体外和体内毒性实验表明，ACPNs 对细胞和机体无明显毒性。
• 超声场校准与体外实验：1.1MHz 换能器的超声场在穿透颅骨时会有一定程度的衰减，但仍能有效刺激 ACPNs 发生相转变和空化。在体外 3D 水凝胶实验中，研究发现不同的超声参数会影响 ENA 的递送效率和细胞活力。例如，对于 FAM - eNA 的递送，3.3MPa、20Hz、200 周期和 5s；3.3MPa、60Hz、200 周期和 9s；3.6MPa、20Hz、100 周期和 7s 这几组参数较为适宜；而对于 pEGFP - C1 的递送，3.6MPa、20Hz、100 周期和 7s 以及 3.6MPa、40Hz、200 周期和 3s 的参数效果更佳。
• 体内实验：在体内实验中，第一步超声空化能够有效打开 BBB，促进非激活的 ACPNs 外渗到缺血性脑实质。研究人员通过检测伊文思蓝（Evans Blue，EB）的外渗和 RB 标记的 ACPNs 的渗透情况，证实了这一点。其中，参数为 3.3MPa、20Hz、200 周期和 5s 的超声刺激在打开 BBB 的同时，能最大程度避免血管损伤。第二步超声空化则可控制 ENA 向缺血细胞的递送。通过对 FAM - eNA 和 pEGFP - C1 的检测发现，在特定的超声参数下，如 3.3MPa、60Hz、200 周期和 9s 用于 FAM - eNA 的递送，3.6MPa、20Hz、200 周期和 7s 用于 pEGFP - C1 的递送，能够显著提高缺血性脑实质中荧光细胞的数量，且对周围细胞和组织的损伤较小。

研究结论和讨论部分指出，两步超声空化技术为缺血性脑卒中的基因治疗提供了一种潜在的策略。该技术能够非侵入性、短暂且可逆地打开 BBB，促进 ACPNs 外渗到缺血性脑实质间隙，随后精准控制 ENA 递送至细胞。这不仅提高了基因治疗的效果，还最大程度地减少了对大脑的不良生物效应和潜在损伤。然而，研究也存在一定的局限性，例如目前的研究仅在动物模型上进行，未来还需要进一步开展临床试验，以验证该技术在人体中的安全性和有效性。此外，对于超声参数的优化以及 ACPNs 的进一步改进，仍有很大的研究空间。但总体而言，这项研究为缺血性脑卒中的治疗开辟了新的方向，有望在未来为众多患者带来新的希望，推动基因治疗在临床中的应用和发展。