麻省理工學(xué)院副教授 Paulina Anikeeva 和來(lái)自俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的 James Frank 開(kāi)發(fā)了一種超細(xì)纖維技術(shù)，用于遞送和激活一種藥物，該藥物可以通過(guò)暴露在光線下而被誘導(dǎo)與大腦中的受體結(jié)合。弗蘭克說(shuō)，用于調(diào)節(jié)活體動(dòng)物大腦中神經(jīng)回路的光可控藥物的主要障礙之一是缺乏能夠同時(shí)將光和藥物輸送到大腦目標(biāo)區(qū)域的硬件。研究人員表示，他們的工作提供了一種使用單根光纖按需傳輸光和藥物的綜合方法。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種設(shè)備，可以在大腦深處輸送“光開(kāi)關(guān)”藥物。被稱(chēng)為光開(kāi)關(guān)的光敏分子可以連接藥物，用手電筒打開(kāi)和關(guān)閉活動(dòng)。這種類(lèi)型的藥物被稱(chēng)為光藥理學(xué)，在新研究中用于控制小鼠的神經(jīng)元活動(dòng)和行為。用光控制藥物活性的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是光和藥物必須同時(shí)輸送到靶細(xì)胞。

當(dāng)目標(biāo)位于體內(nèi)深處時(shí)，同時(shí)遞送兩者是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊(duì)使用了多功能纖維，其中包含一個(gè)流體通道和一個(gè)由多層不同材料融合在一起的光波導(dǎo)，提供了靈活性和強(qiáng)度。制造光纖從使用稱(chēng)為熱拉伸的過(guò)程加熱和拉動(dòng)的宏觀光纖開(kāi)始。該過(guò)程使纖維更長(zhǎng)，直徑縮小近 70 倍。

該方法允許在微米級(jí)從原始模板創(chuàng)建數(shù)百米的微型化纖維，以最大限度地減少組織損傷。在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)使用了 480 微米 x 380 微米、重 0.8 克的可植入纖維束。這種纖維足夠小，老鼠可以輕松地將它戴在頭上數(shù)周。

該團(tuán)隊(duì)在傳遞系統(tǒng)中使用的藥物是一種經(jīng)過(guò)改良的光可開(kāi)關(guān)類(lèi)似物辣椒素，辣椒素是一種在辣椒中發(fā)現(xiàn)的分子。該特定分子與控制熱感的感覺(jué)神經(jīng)元上的 TRPV1 受體結(jié)合。這種修改允許辣椒素被 560 納米波長(zhǎng)的可見(jiàn)綠色光激活。該波長(zhǎng)不會(huì)損傷組織。

將纖維植入小鼠大腦的腹側(cè)被蓋區(qū)，這是大腦的深部區(qū)域，富含控制尋求獎(jiǎng)勵(lì)行為的多巴胺神經(jīng)元。研究小組發(fā)現(xiàn)，小鼠更喜歡接受表達(dá)受體病毒的腔室，這些病毒傳遞辣椒素、光開(kāi)關(guān)受體配體，以及激活藥物的綠燈，表明藥物和傳遞系統(tǒng)起作用。