跨尺度模型揭示血腦屏障開放機制

近日，深圳灣實驗室分子生理學研究所研究員李芬芳團隊及合作者在《控制釋放雜志》發表最新研究。

該研究通過跨尺度血腦屏障模型和成像技術發現，即使在被動空化信號檢測（PCD）未偵測到慣性空化的條件下，0.5兆帕長脈沖超聲仍可通過微泡的“循環微射流”導致腦血管內皮細胞局部脫落，而短脈沖超聲則能實現均勻、可逆的血腦屏障開放。

同時，研究利用超聲造影成像實時監測微泡在腦內的灌注動力學，為超聲作用血腦屏障窗口的精準設定提供了直接依據。

血腦屏障在保護中樞神經系統免受毒素和病原體侵害的同時，也阻礙了絕大多數治療藥物進入腦實質，嚴重制約了腦腫瘤、阿爾茨海默病、帕金森病等中樞神經系統疾病的藥物治療。

該研究中，團隊建立了一套跨尺度研究體系。在體外層面，他們利用模擬腦血管的微流控芯片，以25000幀/秒的高速成像實時捕捉微泡動力學行為，同時通過熒光成像同步監測內皮細胞的聲穿孔、鈣信號和細胞脫落等生物效應；在活體層面，借助雙光子成像技術，在顱窗手術的小鼠腦中實時觀察血腦屏障開放的全過程。

該研究揭示了“無慣性空化不等于無損傷”的物理機制，將長脈沖的副作用與循環微射流這一穩態空化伴隨的持續性機械刺激相關聯。這一發現表明不僅要監測慣性空化，還需評估循環微射流的潛在風險。同時，短脈沖通過減少氣泡融合的幾率和避免循環微射流形成，依賴可逆聲孔和均勻鈣信號實現安全開放，為需要反復給藥或高安全性要求的基因治療、抗體遞送等場景提供了理論優選方案。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.115165