计算机引导给药开发的大脑障碍

- 编辑:大众自然网 -

计算机引导给药开发的大脑障碍

虽然我们已经开始掌握可能有助于缓解脑部疾病的药物和疗法,但有效的治疗仍是解决这些毁灭性疾病的一个障碍。麻省理工学院格雷贝尔、Cima和兰格实验室的一项新研究现在使用了一种计算方法,这种方法可以解释靶脑区域的不规则形状,从而有效而具体地输送药物。

“确定可以治疗神经紊乱的治疗分子只是第一步,”麻省理工学院教授Ann Graybiel说,她是该论文的资深作者。“要精确地将治疗药物输送到受疾病影响最严重的细胞中,仍然是一个巨大的挑战。”因为大脑的结构非常复杂,而且亚区域的形状不规则,所以迫切需要新的传递方法。”

好目标

大脑紊乱通常是由特定区域的功能障碍引起的。例如,帕金森氏病是由前脑纹状体的神经元丢失引起的。针对这些结构是一个主要的治疗目标,需要既要克服血脑屏障,又要针对受疾病影响的结构。

这种靶向治疗可以通过脑内导管实现。与通过血液系统给药相比,这是一种更为具体的给药方式,但许多大脑区域的形状不规则。这意味着使用一根导管将药物输送到特定的大脑区域,同时限制药物扩散到目标区域以外,是很困难的。事实上,在脑内提供有前途的疗法并没有带来预期的长期减轻疾病。

“准确地将药物送到这些靶点对确保最佳疗效和避免脱靶副作用非常重要。”Michael Cima说,他是该研究的资深作者,也是材料科学与工程系的David H. Koch工程学教授,也是麻省理工学院Koch综合癌症研究所的成员。

命令响应

就帕金森氏症而言,植入物可以限制症状,但只对一部分患者有效。然而,仍有许多有前景的潜在治疗方法,如神经源性神经营养因子给药,需要长期、精确的给药来推动治疗的发展。

Graybiel、Cima和Langer实验室开发了COMMAND(神经药物传递的计算映射算法),以帮助药物在多个位点(多丸传递)靶向到特定的大脑区域。

Khalil Ramadi博士解释说:“由于脑内注射后药物分布不佳,许多临床试验被认为失败了。”他是论文的主要研究人员之一,也是科赫和麦戈文研究所的博士后。“我们合理地认为,研究实验和临床治疗都将受益于计算机优化的输注,以实现更大的群体和研究的一致性,以及更有效的治疗传递。”

指挥系统通过最大化靶向和最小化脱靶给药来平衡药物给药的双重挑战。COMMAND本质上是一种算法,它将反映泄漏超出特定目标区域(在本例中是纹状体)范围的错误最小化。第二个错误也被最小化了,这就封装了在这个不规则形状的大脑区域寻找目标的需要。克服这一问题的策略是向纹状体的不同区域传递多个“bols”,以精确而彻底地定位该区域。

Ashvin Bashyam博士解释道:“COMMAND应用一个简单的原则来决定药物的位置:最大限度地使药物落在目标脑结构内,最大限度地减少暴露在目标区域外的组织。”19年,共同第一作者,也是麻省理工学院的Michael Cima的研究生。这种平衡是基于药物的特性,如最低有效治疗浓度、毒性和脑组织内的扩散。

应用的药物位点的数量尽可能的低,保持手术的简单,同时仍然提供足够的灵活性来覆盖靶区。在计算机模拟中,研究人员能够将药物输送到紧凑的大脑结构,如纹状体和杏仁核,以及更广泛和更不规则的区域,如海马体。

为了检查实际给药的时空动力学,研究人员使用了正电子发射断层摄影术(PET)和“标记”溶液Cu-64,使他们能够在给药后用微探针对注射丸进行成像和跟踪。利用这个系统,研究人员成功地使用PET验证了多丸递送到大鼠纹状体的准确性,以及在指令的引导下它的覆盖范围。

格雷贝尔解释说:“我们预计,命令可以提高研究人员精确定位大脑结构的能力,以更好地理解其功能,并成为一个平台,以标准化整个神经科学实验的方法。”他也是麦戈文研究所的研究员,也是大脑和认知科学系的教授。“在实验室之外,我们希望COMMAND将奠定基础,帮助将多焦点的慢性药物输送给患者。”