微流控离子泵可直接将抑制癫痫的药物分子泵入大脑

研究人员已经设计出了一款可以直接将抑制癫痫的药物分子泵入大脑的电子给药装置。Science Advances期刊上最近报道了这一装置，它提供了一种替代会引起不必要的副作用的传统的、全身性给药方法的方法。

该装置是一种微流控离子泵，它利用电势使药物分子从装置上的储存器离开，穿过一个短通道并从装置的顶端移出。这种泵可以植入大脑上，安放在问题部位（比如癫痫的病灶点），在需要时向那里泵送药物。

这种泵技术是建立在电泳这个概念基础上的：在电场的影响下分子通过液体或凝胶运输。当施加电压时，电子从源端电极离开，并且带正电荷的离子——在这里是带正电荷的药物分子——被逐出储存器，穿过离子传导膜，然后从装置中释放出来。

这项技术建立在近年来开发出来的一种叫做有机电子离子泵的类似工具的基础上，后者旨在将药物输送到脊髓和身体的其他部位，它后来的一个改进版本被证明能够以一种模拟神经信号传导速度的方式将分子传送到多个点。

参与开发这种泵的剑桥大学的生物工程师Christopher Proctor说，这种最新的设备比以往的设计体积更小，也更节能，这使得它适合用在脑部。

瑞典林雪平大学副教授Daniel Simon说：“在这个研究领域，多年来我们一直在讨论治疗方面的应用——尤其是可以用在大脑深部的。”他与人合作开发了早期的有机电子离子泵技术，但没有参与Proctor团队的工作。 Simon说，新的实验是“电泳药物输送效用的有力证明”。

Proctor说，将微流控技术融入设计是提高能效的关键。“这使我们能够显著减少驱动离子离开设备所需的能量。”他的团队开发的工具可在不到1伏的电压下工作，而以往的设计所需要的电压往往超过20伏。

他说，这种新工具的效率几乎是100％的，这意味着几乎所有从储存器中出来的离子都是药物分子，而不是药物分子和与之混合的溶剂的混合物。

电泳药物输送工具与传统的注射器注射相比，具有显著的优势。传统的注射器注射是使用相当大的力来给药，这给脆弱的脑细胞带来压力，并可能造成伤害。该技术还优于口服或静脉注射等全身性给药方式，它们会使药物分散到全身并会引起副作用。

为了测试这种新装置，Proctor和他在法国艾克斯马赛大学神经科学系统研究所的同事们将它植入了17只小鼠的海马体内。研究人员在被麻醉的小鼠身上诱发癫痫，然后使用微流控离子泵将抑制性神经递质GABA（γ-氨基丁酸）直接输送到大脑中的癫痫病灶点。

Proctor说：“我们想看看我们是否能使已经开始发作的癫痫停下来，更有趣的是，如果我们是否还能预防癫痫发作。”小鼠大脑活动的电子记录结果表明，该工具能实现这两方面的作用。“在我们开始给药GABA后不久，电子记录显示小鼠的大脑活动就从剧烈的癫痫发作转变为正常的生理活动了。”

Proctor说，除癫痫外，该装置还可用于治疗其他脑部疾病，如帕金森病和脑癌。他的团队计划进一步提升该装置的设计，以便将其植入自由活动的动物体内。这将涉及减少电气连接件和流体连接件的占地空间，并使植入物更具柔性，以更好地匹配大脑的力学特性。