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近日，来自南京大学的科研团队在《科学进展》杂志上发表了一篇题为“Micro/nanoscale systems for precise delivery of drugs to the central nervous system”的综述文章，深入探讨了微纳系统在中枢神经系统药物传递中的运用和面临的挑战，涵盖了微流控脑模拟器、纳米药物载体、微创介入手段以及实时影像引导等多个方面。同时，该文也对这一领域未来的发展趋势进行了展望。

脑部疾病对全球健康造成了巨大的负担，寻找有效的药物递送方式是治疗的关键。然而，脑部药物递送面临着众多挑战，包括生物屏障、细胞靶向的多样性、药物分布的不确定性、较大的药物毒性和缺乏临床前模型等。其中，生物屏障是最大的障碍。血脑屏障、血脑脊液屏障和蛛网膜屏障是保护脑部免受外界有害物质侵扰的重要机制，维持了脑部的稳定环境。

然而，这些屏障也阻碍了大多数药物进入脑部，影响了药物的治疗效果。随着微纳制造技术的飞速发展，脑部药物递送有了新的解决方案。通过建立脑部微流控体外模型、创新微纳药物载体、开发微创手术系统以及利用实时图像引导技术，可以有效地克服传统方法的局限，提高治疗效率和手术精度。

脑部屏障器官芯片（μBBB）解决了在人体脑部研究中缺乏临床前模型的问题，它可以在体外模拟出复杂的人脑构造。通过在芯片上共同培养多种神经细胞和大脑微血管细胞，这一模型复制了人脑的基本物理过程，创建了一个精细调控的微观生理系统。

这一多功能的平台被广泛应用于中枢神经系统疾病的研究、高通量药物筛选以及神经毒性评估。μBBB主要分为人工模型和自我生长模型两种类型。人工模型具有可控性和标准化，适用于商业化的药物筛选工作。而自我生长模型则能自主发展成与天然血管结构相似的三维血管网络，适用于对脑部疾病、大脑发育机制的深入研究和个性化诊疗。

全身药物输送通常是通过静脉注射进行的，但血脑屏障阻止了大部分药物的进入。为了解决这一问题，微纳系统提供了三种主要的策略：使用生物来源的载体、设计能够穿透血脑屏障的人工微纳材料，以及通过外部磁场、声场、光场或电场的操控来瞬时打开血脑屏障。生物载体如细胞外囊泡、血细胞和嗜神经病毒，它们具有天然的选择性和穿越能力，这有助于降低药物毒性，增强药物的稳定性。

人工微纳材料如微/纳米机器人、微泡和纳米颗粒，它们在靶向药物递送、图像引导和治疗监测方面具有多功能性，有望解决药物释放不足和药物动力学差等问题。而要精确操控这些微纳材料，我们需要应用磁场、声场、光场或电场。要实现血脑屏障的可逆开放，我们需要对外部刺激进行细致的调节，这可能涉及到聚焦超声、光热效应和脉冲电场等物理方法。

除了通过全身途径穿越血脑屏障给药，侵入式局部给药也是一种有效的药物递送手段。这种给药方式可以绕过血脑屏障，通过直接将药物输送到目标部位来提高治疗效果。侵入式给药主要采用脑内给药和外周给药两种方式。脑内给药包括脑室注射、脑实质注射和对流增强输送等技术，而外周给药则包括鞘内和鼻内给药等方法。

随着科技的发展，一系列微纳系统被应用于药物递送领域，包括纳米颗粒、可植入支架、水凝胶和纤维机器人等。这些技术可以降低侵入式给药的干预风险，提高治疗效果。其中，纤维机器人作为一种可控的多功能纤维，可在难以到达的部位进行多模式治疗，为在大脑微创手术中实现高精度操控提供了一种很有前景的途径。

在临床应用中，微纳系统需要具备高度的可操纵性和体内可追溯性。为了实现这一目标，多模态成像技术已成为关键。传统的成像模式如磁共振成像（MRI）和磁粒子成像（MPI）已经得到了广泛的应用，但它们的分辨率仍然有限。为了更好地跟踪微纳材料在体内的位置和运动，我们需要采用更先进的成像技术。其中一种有前途的方法是集成超声波的混合成像模式光声成像（PAI）。这种技术能够提供高分辨率的图像，并且可以实时跟踪微纳材料的位置。

此外，神经导航技术在功能性神经外科和颅内肿瘤干预中得到了广泛应用，已经成为微创神经外科不可或缺的工具。随着高精度神经导航技术的不断进步和纤维机器人神经微探针给药系统的创新，脑内介入给药领域有望迎来新的解决方案。这些技术可以降低手术难度，提高治疗效果，并为患者带来更好的康复效果。

本文对微纳系统在脑部药物传递领域的最新进展进行了全面的综述。随着微流控平台、新型载体、微创介入系统和实时图像引导等技术的不断发展，研究者们正不断改进微纳系统，以提高药物递送的精准性和可控性。其中，整合定向运输、实时图像引导和闭环控制的微纳机器人系统成为了未来研究的热点，为脑部药物递送领域带来了更为创新和高效的解决方案。这些技术的进步为中枢神经系统疾病的治疗带来了新的可能性，为患者提供了更为个性化和精准的医疗服务。