當手術團隊準備器械時，一顆被切斷的人頭放在塑膠托盤上，臉部被一塊藍色布料覆蓋。它在過去的24小時內解凍，頭骨頂部附近切開了一個小指大小的鑽孔。覆蓋著花白短茬的頭皮在粉紅色的光滑骨條上方和下方起皺。
在接下來的兩個小時裡，這顆頭顱將在磁共振成像 (MRI) 機器中進行掃描，加州大學舊金山分校的神經外科醫生和幹細胞科學家 Daniel Lim 領導的研究人員將測試一種用於向大腦輸送細胞的柔性針頭。
多家實驗室正在研究透過向患者大腦注射細胞來治療神經系統疾病的方法，並且正在針對帕金森病、中風和其他神經退行性疾病進行臨床試驗。這些研究是繼在齧齒動物身上顯示出顯著改善的實驗之後進行的。但正如潛在的治療細胞研究突飛猛進一樣，必要的手術技術卻滯後了，Lim 說。
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2008 年，紐約羅切斯特大學的 Steven Goldman 領導的研究人員表明，他們可以透過將人類神經膠質祖細胞注射到齧齒動物大腦的五個部位，使嚴重殘疾的小鼠能夠行走。
這些結果令人鼓舞，但人類大腦比小鼠大腦大 1000 多倍，將細胞輸送到正確的位置要困難得多。“人們知道如何將細胞注入動物體內，但忘記了人類的規模擴大問題，”Lim 說。
必要的工具
Lim 與生物工程師和神經外科醫生合作，設計了一種可彎曲的針頭。首先，將一根筆直的細管注入大腦，然後將一根柔性尼龍導管推入其中。管內的導向器使導管向上彎曲並遠離入口通道，而更窄的柱塞則從導管中噴射出細胞。在一次注射中，該裝置可以將細胞沉積在沿軌道 2 釐米半徑範圍內的任何位置，這個體積比整個小鼠大腦還要大。
幾位研究人員希望使用 Lim 的裝置進行腦癌和神經退行性疾病的臨床試驗。加利福尼亞州諾瓦託市巴克研究所的幹細胞科學家 Xianmin Zeng 與 Lim 合作在豬身上測試了該裝置，她說她希望在 2014 年底之前提交申請，將該裝置用於帕金森病的臨床試驗。
來自加州大學舊金山分校和位於加利福尼亞州紐瓦克的生物技術公司 StemCells 的一個科學家團隊希望使用該裝置來治療佩利措伊斯-梅爾策巴赫病，這是一種致命的神經退行性疾病。去年，該公司報告了一項 I 期臨床試驗的初步結果，該試驗測試了神經幹細胞移植治療該疾病的效果。
改進的軌道
Zeng 說，Lim 的裝置可以減少細胞治療所需的注射次數。它可以更精確地控制輸送的細胞體積，並確保輸送到大腦中的細胞留在腦內，避免迴流問題，即使用直針注射的細胞會沿著針頭的路徑流回大腦表面。
“每次將針頭插入大腦時，您都有出血的風險，並增加了不良影響的風險，”威斯康星大學麥迪遜分校的神經科學家 Ian Duncan 說，他沒有參與 Lim 的專案。
此外，與用於細胞療法的其他針頭不同，Lim 的裝置不含鐵磁金屬，因此與 MRI 相容。成像技術將使研究人員能夠監測患者是否有出血跡象，並將細胞療法與其他技術相結合，例如沉積用於深部腦刺激的電極，這是一種針對帕金森病的實驗性療法。
但是，這些潛在的優勢需要針頭按預期工作。Lim 和他的同事已經在瓊脂糖模具和活豬身上進行了針頭實驗，但他們上週開始使用真人組織測試該裝置和手術流程。
測試在很大程度上是成功的。研究人員證實，該裝置可以穩定地安裝到頭骨上，並且注射只需幾分鐘即可完成併到達預期位置。但有一個小問題：當裝置安裝在頭骨上時，它的一些校準標記難以讀取，但 Lim 說這很容易修復。
即便如此，Goldman 預計在未來幾年內，簡單的直針仍將用於治療。他是帝國州幹細胞委員會的成員，該委員會去年獲得了 1200 萬美元的資金，用於將多發性硬化症的幹細胞療法推向臨床試驗。Goldman 認為，他正在研究的細胞型別可以傳播到超出針頭放置位置的範圍。“它們真的移動得很快，”他說。
Lim 的針頭並不是唯一一種正在測試用於人體的新型腦部注射裝置。加拿大哈利法克斯市達爾豪斯大學的神經外科醫生 Ivar Mendez 發明了哈利法克斯注射器，它不是透過手動控制的注射器輸送細胞，而是透過微型計算機控制的電機輸送細胞。Mendez 說，到目前為止，“注射的方式一直採用非常原始的系統。”
毫無疑問，輸送將非常重要，但解決這個問題需要更好地瞭解大腦中細胞療法的工作原理，加利福尼亞州帕洛阿爾託市斯坦福大學神經外科主任 Gary Steinberg 說。“我們仍然不知道細胞型別，”他說。“我們甚至不知道直接入腦是否是正確的給藥途徑。”他說，每種疾病、損傷和細胞型別都會帶來一系列新的問題。
但 Lim 擔心，鑑於新療法開發的進展狀況，像他這樣的努力已經落後了。 “如果我們現在不做在我們認為需要它之前的工作，那麼它將永遠不會準備好。”
已澄清：本文的早期版本在提及使用該裝置治療佩利措伊斯-梅爾策巴赫病時指出，加州大學舊金山分校和 StemCells 的科學家“希望在年底前獲得監管部門的批准”。StemCells 目前未參與裝置批准所需的臨床試驗，但該裝置可能會納入未來的試驗中，等待美國食品和藥物管理局稱為 510(k) 的許可。
本文經雜誌 Nature 許可轉載。該文章於 2013 年 3 月 4 日首次發表，並於 2013 年 3 月 6 日澄清。