2020年6月，多伦多大学Sunnybrook研究所在国际著名期刊《Theranostics》以封面论文形式在线发表了题为“”A Porcine Model of Transvertebral Ultrasound and Microbubble-Mediated Blood-Spinal Cord Barrier Opening”（通过超声聚焦与微泡介导打开猪模型的血脊髓屏障）的研究论文。论文首次证明了聚焦超声可在大型动物模型中打开血脊髓屏障，代表聚焦超声在此领域向临床转化迈出了重要一步。
1.研究背景
聚焦超声（Focused Ultrasound, FUS）结合静脉注射微泡（Microbubbles, MBs）是突破血脑屏障或血脊髓屏障的有效方法。当聚焦超声作用于血管中的MBs时，MBs振荡并与血管壁相互作用，导致一系列生物效应，进而使中枢神经系统的屏障局部且短暂的开启。在颅脑方面，大量的临床前研究表明FUS+MBs的治疗方式可以有效促进示踪剂或治疗药物透过血脑屏障。近年来，FUS诱导血脑屏障开启治疗原发性脑肿瘤和阿尔兹海默症已进入临床试验阶段。然而，在脊髓领域，FUS+MBs仅在啮齿类动物的研究中取得了一定进展，尚未在与临床相关的大动物模型中测试该技术。
2.研究内容
安全、有效的通过人体脊柱进行FUS聚焦超声是非常有难度的工作。人体椎体骨的密度和厚度、形状等性质会导致声波发生高度的畸变以及形成驻波，从而影响治疗的安全性。为解决上述问题，该研究团队利用双孔径，交叉梁结构通过短脉冲、相位键控（Short burst, Phase keying, SBPK）的方法对血液中的MBs进行FUS，利用猪模型成功证明了FUS使用SBPK方法可以打开大型哺乳动物的血脊髓屏障。
3.研究结果
1、伊文思蓝染色（Evans blue dye，EBD）表明血脊髓屏障被开启。结果表明，A图中使用脉冲正弦FUS的方法会引起出血，而B图中使用SBPK聚焦超声的方法成功打开血脊髓屏障且无出血迹象。在使用SBPK进行超声聚焦的24个目标位点（pig=8）中，有16个目标位点成功打开血脊髓屏障。
2、猪脊髓的灰质和白质具有不同的EBD染色程度。研究人员发现猪脊髓的灰质（B图）血脊髓屏障开启的程度高于白质（A图），推测可能的原因是灰质有更密集的毛细血管网络。
4.研究结论
本研究首次证明了FUS通过SBPK的方案，可以实现在临床相关的大型动物模型中打开血脊髓屏障。在24个目标位点中观察到16个位点的血脊髓屏障被打开，并且通过组织学仅观察到微创的组织损伤，证明了FUS-SBPK方法的潜力，标志着聚焦超声诱导血脊髓屏障开启在临床转化前迈出重要一步。
参考文献
Fletcher SMP, Choi M, Ogrodnik N, O'Reilly MA. A Porcine Model of Transvertebral Ultrasound and Microbubble-Mediated Blood-Spinal Cord Barrier Opening. Theranostics 2020; 10(17):7758-7774. doi:10.7150/thno.46821.
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