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最近，德克萨斯大学奥斯汀分校的助理教授Wang Huiliang开发了一个基于氢键有机框架（HOF）的新超声处理药物输送平台。这项研究是第一次通过非侵入性的方式精确地对深脑区域进行精确药物控制的释放和神经调节：研究人员使用集中的超声技术来准确控制目标大脑区域中药物的激活和释放，从而实现准确的暂时性和空间操纵特定神经元活动的操纵。根据小鼠大脑的实验结果，该技术将传统化学遗传学的时间分辨率从数十分钟增加到3.6秒，并证明了其在9毫米深度保持精确药物释放的能力。这项研究不仅为未来的超声检查奠定了精确的分子操作的理论基础，而且为实现非侵入性，精确和个性化的药物提供了新的技术手段，例如开发超声编程纳米机器人/药物，方向性麻醉，定向免疫激活等，等方向上的麻醉等。

图片丨王旺·温莉安（Wang Wenliang）和王·霍里安（Wang Huiliang）（右）在实验室（来源：王·温莉安格（Wang Wenliang））

最近，相关论文以自然[1]的标题发表，标题为《氢键有机框架作为超声可编程的递送平台》（H键有机框架作为超声处理递送平台）。德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后研究员Wang Wenliang，合作者Shi Yanshu博士，Chai Wenrui博士和Kai Wing Kevin Tang博士是联合首先的作者，Wang Huiliang和Chen Banglin教授担任同事。

图|相关论文（来源：自然）

Wang Huiliang说：“通过结合基因工程和药物工程开发的化学遗传学技术，受体分子首先在靶神经元中表达，并且可以选择特定的神经元通过特定药物进行选择性激活控制。”与传统的光遗传学（通常源自细菌或海藻）中使用的外源光敏蛋白相比，化学遗传学中采用的受体分子与人内源蛋白具有更高的相似性，从而显着降低了免疫排斥的风险。该受体分子与人蛋白更相似，因此其免疫反应较低。虽然光遗传学中使用的光敏蛋白通常源自细菌或海藻，这可能会引发免疫反应。尽管传统的静脉内给药方法已用于神经调节中，但有两个关键的技术瓶颈：首先，时间分辨率有限，并且从注射到靶向部位的药物的代谢激活通常需要30-60分钟，这严重限制了其在神经回路研究中的应用，需要MILLSECOCEND响应；其次，系统脱靶效应是不可避免的，药物可能会触发全身循环中的非特异性效应。

图丨超声波响应氢键有机框架的制备（来源：自然）

为了解决这些实际需求，研究小组提出了一项技术，以直接通过超声控制分子激活，该技术最初被称为超声编程的分子控制技术，也称为“超声分子手术刀”。研究人员设计了一种HOF输送系统，该系统使用纳米颗粒和超声来激发。 HOF是一种通过非共价键堆叠小分子而形成的结晶多孔材料。通过聚焦超声选择性打破分子键，可以实现对药物释放的精确时空控制。该系统分子的优点是：一定的结构，均匀的拓扑结构，出色的生物降解性；低重复阈值，易于批量生产；和独特的超声波点对点控制性能。 Wang Wenliang说：“超声产生的机械场可以有效地破坏HOF组装单元之间的非共价相互作用，从而实现选择性框架激活，从而从分子框架中释放出负载的药物。我们的实验表明，在3.6秒内可以实现有效的神经激活控制，从而增加了3.6秒的响应范围，从而增加了数百次的响应范围。这种超声反应的特征源于精心设计的分子工程策略：通过调节不同分子之间的相互作用，可以构建具有三维网络结构的智能载体，以显示出可编程的响应阈值，以实现超声刺激。为了深入分析作用机制，研究人员将密度功能理论计算结合在一起，以构建“超声参数- 分子结构激活效率”的三变量定量关系模型，从而深刻揭示了超声激活期间分子响应的结构依赖性和能量敏感性。在特定的超声能阈值下，分子激活的百分比表现出显着的平台效应，显示了非线性响应特征。该定律符合吉布斯的自由能变化理论，揭示了超声能量的热力学性质以调节分子的构象转化，并为实现准确的剂量控制药物激活提供了理论支持。

图片丨超声化学遗传深脑刺激活大鼠（来源：自然）

传统药物，无论是口服还是静脉注射，都在整个身体中释放。该技术开发的超声波可编程传递技术取得了革命性的突破。 ——可以通过非侵入性方法准确地控制特定位置和特定时间的药物释放，从而在临床实践中显示出潜在的应用潜力。首先，它可以应用于需要高选择性和时空依赖性的疾病治疗，例如癌症治疗和免疫疗法。以癌症治疗为例，肿瘤区域中普通小分子化疗药物的利用率非常低，大多数药物将通过器官代谢，从而对正常细胞造成严重损害。相反，该技术将化学疗法药物加载到HOF系统中，避免了静脉注射后正常组织中释放该药物，从而减少了对正常组织的损害。通过聚焦超声，可以准确控制病变部位的药物的激活，只能在病变部位杀死癌细胞，并改善利用率，同时减少药物脱离靶向。同时，这种非侵入性方法可以靶向和控制目标部位的药物的激活，降低副作用并提高功效。免疫疗法面临的主要问题之一是免疫反应过度反应且难以控制。该技术仅通过定量和固定点免疫激活（例如CAR-T细胞的激活）来治疗免疫相关疾病或与靶向选择性基因的靶向选择性表达，仅通过定量和定点免疫激活（例如激活）来激活免疫反应。 Wang Wenliang解释说：“通过超声和有针对性的药物激活，我们可以将其与CRISPR等技术共同应用，以实现远程精确的分子操作以进行疾病治疗。”其次，该技术还具有容易脱离目标的分子处理的应用值。目前，研究人员还正在探索该技术在神经退行性疾病，心血管疾病，慢性疼痛和癫痫病等疾病中的应用。在下一阶段，该团队计划对分子反应动力学的深入解释，并与美国食品药品监督管理局的要求一起促进该技术促进临床实践。此外，研究人员计划使用AI技术来协助药物设计和筛查。通过构建超声反应分子的数据库并开发预测模型以找到适合超声激活的药物分子，这将促进该技术在更多疾病治疗中的应用。

参考：

1.Wang，W.Shi，Y.Chai，W。等。 H键入的有机框架是超声处理的交付平台。自然638，401410（2025）。 https://doi.org/10.1038/S41586-024-08401-0

操作/类型：他钦隆