一個國際研究團隊開發出了微小的、自推進的裝置，模仿細胞的移動方式。這些“奈米游泳者”能夠高效地穿過血腦屏障，並可能促成藥物輸送系統的開發，該系統能夠穿梭於組織和器官，精確地靶向特定部位。
這些亞微米大小的游泳者借鑑了較大微生物的特性，它們能夠檢測環境中營養物質和毒素，並透過趨化性過程向它們移動或遠離它們。神經元利用相同的機制在發育中的大腦中遷移。免疫細胞利用它們移動到感染部位，癌細胞則利用趨化性在全身擴散。
在最新的《科學進展》雜誌上發表的一項研究中，阿德里安·約瑟夫，倫敦大學學院化學系的一位博士後研究員，及其同事合成了納米級的“載體”，其成分來自不同的脂質聚合物混合物，類似於細胞膜的成分。這些分子在一端排斥水，而在另一端吸引水，這種特性使得它們能夠自組裝成球形結構，從而可以封裝大量的生物分子。
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這種“聚合物囊泡”已經顯示出作為藥物和基因輸送載體的潛力。然而，穿透血腦屏障（它阻止微生物、毒素和大分子進入大腦）已被證明極具挑戰性。一個主要目標是開發能夠穿過這一屏障並將貨物輸送到特定大腦區域的自導向聚合物囊泡。（另一項最近的研究也展示了“奈米游泳者”的使用，但它們是透過光束引導到目標的。）
研究人員與來自中國、德國和瑞士的合作者合作，將一種分解葡萄糖（大腦的主要能量來源）的酶填充到聚合物囊泡中。他們還以這樣一種方式合成了聚合物囊泡，使得兩種型別的脂質以不同的量存在，從而使其具有不對稱的結構。
當暴露於葡萄糖的濃度梯度（一個地方的糖比另一個地方多）時，聚合物囊泡吸收糖分子並將其分解。由於其不對稱結構，聚合物囊泡僅從一側釋放分解產物，從而將其推向相反的方向。“這些結構或多或少像小火箭一樣工作，”化學工程師、倫敦大學學院的朱塞佩·巴塔利亞說，他也是該研究的資深作者。“葡萄糖進入，由於不對稱性，副產物在一側積累。這會將水推開，[葡萄糖代謝物洩漏]出來，從而推動聚合物囊泡向前移動。”
為了製造他們的分子輸送載體，研究人員將聚合物囊泡與一種名為LRP1的蛋白質結合在一起，這種蛋白質在構成血腦屏障壁的內皮細胞中大量存在。當新增到從小鼠血腦屏障中提取的組織中時，這些經過修飾的聚合物囊泡穿透內皮細胞的效率大約是其他型別的四倍，因為LRP1與屏障膜的成分結合。“他們利用這些自然機制使囊泡 [聚合物囊泡] 移動，並且囊泡進入大腦的輸送速率驚人，”華盛頓大學退伍軍人事務部普吉特海灣醫療保健系統內科教授威廉·班克斯說，他沒有參與這項研究。班克斯補充說，這些發現代表了向大腦輸送藥物的“正確的道路上的重大進步”。巴塔利亞說，他的團隊現在正在使用細胞表面分子的組合來靶向特定型別的大腦細胞。“葡萄糖梯度從血管內部向大腦增加，這會將我們的顆粒帶向[血腦屏障]，”他說，“而且這種梯度在腦腫瘤周圍要陡峭得多。”他和他的同事現在正試圖利用這一點，“靶向腦腫瘤，並將抗癌藥物輸送到它們那裡。”