当一个人发生脑卒中时，临床医生必须尽快恢复大脑血流以防止死亡并限制即时损伤。具有讽刺意味的是，血液突然回流到缺氧组织本身可能触发第二波损伤——神经元损失和炎症——从而增加长期残疾的风险。美国芝加哥西北大学的科学家们现已报道了一种再生纳米材料，旨在再灌注后的这一脆弱期间保护大脑。
在急性缺血性脑卒中的临床前小鼠模型中，研究团队在恢复血流后立即给予单次静脉注射治疗。缺血性脑卒中——该疾病最常见的形式——发生在血栓阻塞脑血管并使脑组织缺氧时。
这种实验性治疗成功穿过了神经药物开发中长期存在的障碍——血脑屏障，并定位到损伤部位。与未经治疗的动物相比，经治疗的小鼠表现出明显较少的脑组织损伤、降低的炎症信号传导，且没有器官毒性或不良免疫反应的证据。
研究结果表明，这种方法有朝一日可能补充现有的临床策略，这些策略几乎完全专注于通过溶栓药物或机械取栓来重新开放阻塞的血管。
"目前的临床方法完全集中在恢复血流上，"西北大学芬伯格医学院神经病学和病理学副教授、本研究的共同通讯作者Ayush Batra博士说。
"任何促进神经元恢复并最小化损伤的治疗都将非常强大，但这一'圣杯'尚未出现。"
"这项研究很有希望，因为它为我们提供了一条开发技术和治疗药物以解决这一未满足需求的途径，"他补充道。
这种可注射疗法基于西北大学Samuel I. Stupp教授开发的超分子治疗肽平台。这些动态分子组装体，通常被称为"跳舞分子"，此前已在脊髓损伤模型中展示出再生潜力。
在2021年的一项研究中，对严重脊髓损伤部位注射相关材料单次剂量逆转了小鼠的瘫痪并促进组织修复。最新工作通过证明类似的组装体可以静脉给药而无需手术或直接注射到大脑中，扩展了这一概念。
"这项研究最有希望的方面之一是我们能够证明这种治疗技术可以应用于脑卒中模型，并且可以全身性给药，"西北大学材料科学与工程、化学、医学和生物医学工程董事会教授、共同通讯作者Stupp说。此前，它在脊髓损伤中也显示出希望。
他补充说，穿过血脑屏障的能力也可能对创伤性脑损伤和肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病产生影响。
急性缺血性脑卒中约占美国所有脑卒中的80%，仍然是全球死亡和长期残疾的主要原因。严重病例通常导致永久性损伤，影响生活质量、重返工作岗位以及参与家庭和社会生活。
"这对患者来说是一个重大的个人和情感负担，但也可能给家庭和社区增加经济负担。"
"使用一种有助于恢复功能和最小化损伤的疗法来减少……残疾将产生强大的长期影响，"Batra说。
为了尽可能地模拟临床实践，研究人员首先在小鼠中阻断脑血流以模拟重大脑卒中，然后通过再灌注恢复血流，反映了现实世界的紧急治疗。动物被监测了七天，在此期间没有出现显著的生物相容性问题。
先进的成像技术证实，治疗性肽在损伤部位积聚。与对照组相比，经治疗的小鼠表现出较少的炎症和减弱的有害免疫反应。
据Stupp介绍，这种益处源于促再生和抗炎效果的结合。一旦形成血栓，有害分子就会在受影响的组织中积聚，而突然的再灌注会将它们释放到循环中，从而加剧损伤。超分子肽具有抗炎活性，可以抵消这种效应，同时支持神经网络的修复。
在分子水平上，该疗法依赖于对集体分子运动的精心调谐，这使得组装体能够有效地与不断移动的细胞受体相互作用。这些相互作用触发了鼓励神经元修复、促进轴突再生并帮助重新建立神经细胞之间通信的信号。这种可塑性能力支撑了大脑在受伤后适应和重建连接的能力。
该技术的早期版本是作为液体注射的，这些液体在损伤部位迅速形成类似凝胶的纳米纤维网络，模拟神经组织的细胞外基质。对于脑卒中的全身给药，研究人员降低了肽组装体的浓度，以避免血液中形成血栓。较小的聚集体更容易穿过血脑屏障，之后更大的纳米纤维结构在脑组织内形成，以增强治疗效果。
"我们为这项脑卒中研究选择了在分子结构方面最具动态性的疗法之一，以便超分子组装体有更高的概率穿过血脑屏障，"Stupp说。
其他有希望的疗法无法穿过血脑屏障多年来阻碍了神经科学研究的进展。Batra指出，在急性脑卒中治疗期间，该屏障在损伤部位的通透性暂时增加，创造了短暂的干预机会。
"再加上一种能够更容易穿过血脑屏障的动态肽，你就在优化你的治疗到达你想要去的地方的机会，"他说。
进一步的工作将需要确定这种方法是否能够支持长期功能恢复。许多患者在脑卒中后的一年内经历了进行性认知能力下降，研究团队计划进行更长时间的研究，并采用更复杂的行评估。研究人员还打算探索将额外的再生信号整合到肽平台中以增强疗效。
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