- LUCID装置结合超声波技术以扩散药物，防止肿瘤复发。
- 该装置可在手术期间植入，逐步释放药物以消灭肿瘤细胞。
- 超声波可提高血脑屏障通透性，增强药物扩散效果。
- 该技术未来可能应用于其他软组织和深层组织的治疗。
麻省理工学院研究人员设计了一种可植入装置，将缓释药物储存装置与微型超声波换能器相结合，旨在帮助防止神经胶质瘤在手术后复发。该超声波技术有助于药物在脑组织中更远地扩散并绕过血脑屏障。神经胶质瘤是一种攻击性脑肿瘤，患者通常需要接受手术，但很难完全移除每一个癌细胞，肿瘤经常会复发。每年在美国诊断出超过10,000例此病，患者的平均存活期为12至15个月。
这种装置被称为LUCID，意即长期超声增强对流注射装置。它是一种灵活的植入物，厚度与卡纸相当，并且具有直接3D打印在24个微型超声波换能器阵列上的药物输送导管。换能器在针尖生成超声波，帮助药物分子在释放后进一步扩散到组织中。医生可以在手术期间植入该装置，让其逐步释放药物以杀死剩余的肿瘤细胞。该植入物的储液槽可容纳约100微升的液体，而被动渗透泵则提供注射。
LUCID装置的设计与功能
超声波通过蓝牙无线控制，让医生在植入后可以精确编程超声波剂量。小型电池可无线充电。
现有的植入式晶圆和水凝胶依赖药物的被动扩散，因此麻省理工学院团队希望能对释放时机有更多控制。先前的研究显示，超声波会产生对流流动，使药物分子能够扩散更长的距离。其机械振动还会暂时提高血脑屏障的通透性。LUCID的设计基于麻省理工学院媒体艺术与科学副教授Canan Dagdeviren的早期研究成果，她是该研究的资深作者。她的实验室之前设计了一种与人类头发相当的细导管，用于向大脑输送药物，并且还研发了ImPULS，这是一种使用微型超声波换能器进行深脑刺激的植入物。
超声波技术的效果
在一种模拟人类组织的凝胶状材料中，超声波辅助的药物输送使药物分子比没有超声波的情况下扩散得更远。在小鼠实验中，研究人员使用该装置输送MRI对比剂。当超声波阵列启动时，对比剂在大脑中的扩散范围比关闭时更大。研究生Sarah Ornellas表示，利用超声波增强局部可编程的分布，可能减少非目标器官的系统性毒性，同时也能让疗法更有效地抵达受影响区域的肿瘤细胞。
如果该技术发展应用于患者，导管和超声波阵列将置于颅内，而电池和电子设备部分则可置于颅外。该技术还能输送免疫疗法或核酸，包括基因疗法，并可能在大脑以外的器官中也能发挥作用。Dagdeviren表示，该团队从大脑开始，作为对ImPULS的后续研究，但该方法最终可以治疗其他软组织和深层组织。她指出，这项工作显示团队能“以更好的方式分配任何类型的载荷”。该研究的主要作者包括麻省理工学院研究生Sarah Ornellas和Jason Hou PhD ‘26。
该项目由麻省理工学院媒体实验室联盟和国家卫生研究院资助，论文题目为“长期超声增强对流注射装置于神经药物输送的应用”。结果首次发表于《Device》期刊。
项目 规格 储液槽容量 约100微升 控制方式 蓝牙无线控制 电池类型 小型无线充电电池
LUCID装置的潜在影响与应用前景
LUCID植入装置的研发代表了脑肿瘤治疗的一个重要进展。通过超声波技术，这种装置不仅能提高药物的扩散范围，还能更有效地针对肿瘤细胞，减少对其他器官的毒性影响。这种精确的药物释放方式，可能改变现有的治疗模式，提升患者的生存率。此外，该技术的应用潜力不仅限于脑部，还可能扩展至其他软组织，为未来的医疗创新提供新的可能性。