一种微小的聚合物，有巨大的潜力阻止脑损伤的发生

创伤性脑损伤通常由跌倒或交通事故引起，每年导致大量死亡和残疾。对初次损伤后继发性脑损伤的研究取得了潜在突破。科学家们开发了一种新材料，能够靶向并中和大脑中的有害分子，在改善小鼠的认知恢复方面显示出潜力，并可能为治疗人类提供新途径。

　　

创伤性脑损伤（TBI）通常由跌倒或交通事故引发，每年导致大量人员死亡和残疾。最新研究在继发性脑损伤领域取得了潜在突破。科学家们开发出一种新材料，能够靶向并中和大脑中的有害分子，显著改善小鼠的认知恢复，并有望为人类治疗开辟新途径。

研究背景

创伤性脑损伤（TBI）是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要原因之一。仅在美国，每年就有超过6.1万人因脑部钝器创伤而死亡，而超过8万人因这些损伤留下永久性残疾。TBI造成的脑部损伤分为两个阶段：原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤发生在撞击瞬间，对脑组织造成直接物理伤害。然而，继发性损伤则在初始创伤后几分钟、几天甚至几周内逐渐发展，由有害化学过程引发。与原发性损伤不同，继发性损伤可通过靶向分子变化加以预防。

研究方法与发现

材料科学工程师团队合作开发了一种新材料，旨在将继发性损伤降至最低，并减缓神经退行性。这种新材料能够中和大脑中的有害分子，改善小鼠的认知恢复。研究团队通过多种实验验证了该材料的有效性。

血脑屏障与神经退行性

创伤性脑损伤的初级阶段会严重破坏血脑屏障，这一界面通过限制物质进入来保护大脑。血脑屏障的破坏会促使受损神经元或免疫系统释放某些化学物质，引发具有破坏性的生物化学过程，如兴奋性毒性（过多钙离子进入神经元，激活酶切割DNA并损伤细胞）和神经炎症（小胶质细胞激活引发炎症）。

活性氧的作用

继发性损伤过程中还会产生有害分子——活性氧（ROS），包括自由基。这些分子会化学修饰并破坏细胞中的重要蛋白质，导致DNA链断裂，引发潜在的有害基因突变。氧化应激造成的损害与阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等长期神经系统疾病的发生密切相关。抗氧化剂可通过与ROS发生化学反应来中和其破坏性，从而改善神经认知恢复。

寻找理想的抗氧化剂

研究团队选择了硫醇基团作为抗氧化剂。硫醇基团含有一个与氢原子相连的硫原子，硫原子对氢原子的孤电子有很强的吸引力，使得氢原子能够轻易地将其电子给予其他原子。硫醇能够与多种ROS发生相互作用，包括那些会损伤DNA的ROS。此外，硫醇还能中和脂质过氧化产物，这些神经毒性化合物是ROS损害体内脂肪时产生的副产物。

基于聚合物的解决方案

为了将硫醇输送到体内，研究团队将其融入聚合物材料中。聚合物是由单体单元组成的长链有机分子，通过自由基引发的连锁反应形成。由于硫醇会抑制聚合过程，团队制造了一种带保护基团的单体，聚合后可化学去除保护基团以形成硫醇。利用α-硫辛酸（一种常见补充剂）作为原料，团队通过可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）方法将单体连接成链，并通过水溶性共聚单体使聚合物在血液中溶解。最终，去除保护基团后得到硫醇聚合物，用于进一步测试。

实验结果

研究团队通过紫外-可见分光光度法测试了硫醇聚合物中和ROS的效果。实验表明，硫醇聚合物能够中和多达50%的过氧化氢和多达100%的丙烯醛，显著保护神经元免受损伤。此外，荧光蛋白实验显示，经过硫醇聚合物处理的蛋白质在自由基环境中保持完整，而未处理的蛋白质则被破坏。在创伤性脑损伤小鼠模型中，硫醇聚合物成功集中在大脑受损区域，并将活性氧水平降低到仅比未受伤小鼠高出3%，而未治疗的损伤小鼠的活性氧水平比未受伤小鼠高出45%。

未来方向与临床应用

研究结果表明，硫醇聚合物有望成为治疗创伤性脑损伤继发性阶段的潜在方法。团队正在开发一种廉价工艺，将硫醇与纳米颗粒结合，以增加硫醇数量并提高其在血液中的循环能力。未来需要在动物模型中进行更多研究以验证其有效性。如果结果持续积极，团队计划通过临床试验测试该材料在人体中的应用潜力，以改善车祸、跌倒或运动相关脑损伤患者的长期预后。

作者：密苏里科技大学材料科学与工程博士后研究员亚伦·普里斯特（Aaron Priester）