当手术团队准备器械时，一颗被切断的人头放在塑料托盘上，脸部被一块蓝色布料覆盖。它在过去的24小时内解冻，头骨顶部附近切开了一个小指大小的钻孔。覆盖着花白短茬的头皮在粉红色的光滑骨条上方和下方起皱。
在接下来的两个小时里，这颗头颅将在磁共振成像 (MRI) 机器中进行扫描，加州大学旧金山分校的神经外科医生和干细胞科学家 Daniel Lim 领导的研究人员将测试一种用于向大脑输送细胞的柔性针头。
多家实验室正在研究通过向患者大脑注射细胞来治疗神经系统疾病的方法，并且正在针对帕金森病、中风和其他神经退行性疾病进行临床试验。这些研究是继在啮齿动物身上显示出显著改善的实验之后进行的。但正如潜在的治疗细胞研究突飞猛进一样，必要的手术技术却滞后了，Lim 说。
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2008 年，纽约罗切斯特大学的 Steven Goldman 领导的研究人员表明，他们可以通过将人类神经胶质祖细胞注射到啮齿动物大脑的五个部位，使严重残疾的小鼠能够行走。
这些结果令人鼓舞，但人类大脑比小鼠大脑大 1000 多倍，将细胞输送到正确的位置要困难得多。“人们知道如何将细胞注入动物体内，但忘记了人类的规模扩大问题，”Lim 说。
必要的工具
Lim 与生物工程师和神经外科医生合作，设计了一种可弯曲的针头。首先，将一根笔直的细管注入大脑，然后将一根柔性尼龙导管推入其中。管内的导向器使导管向上弯曲并远离入口通道，而更窄的柱塞则从导管中喷射出细胞。在一次注射中，该设备可以将细胞沉积在沿轨道 2 厘米半径范围内的任何位置，这个体积比整个小鼠大脑还要大。
几位研究人员希望使用 Lim 的设备进行脑癌和神经退行性疾病的临床试验。加利福尼亚州诺瓦托市巴克研究所的干细胞科学家 Xianmin Zeng 与 Lim 合作在猪身上测试了该设备，她说她希望在 2014 年底之前提交申请，将该设备用于帕金森病的临床试验。
来自加州大学旧金山分校和位于加利福尼亚州纽瓦克的生物技术公司 StemCells 的一个科学家团队希望使用该设备来治疗佩利措伊斯-梅尔策巴赫病，这是一种致命的神经退行性疾病。去年，该公司报告了一项 I 期临床试验的初步结果，该试验测试了神经干细胞移植治疗该疾病的效果。
改进的轨道
Zeng 说，Lim 的设备可以减少细胞治疗所需的注射次数。它可以更精确地控制输送的细胞体积，并确保输送到大脑中的细胞留在脑内，避免回流问题，即使用直针注射的细胞会沿着针头的路径流回大脑表面。
“每次将针头插入大脑时，您都有出血的风险，并增加了不良影响的风险，”威斯康星大学麦迪逊分校的神经科学家 Ian Duncan 说，他没有参与 Lim 的项目。
此外，与用于细胞疗法的其他针头不同，Lim 的设备不含铁磁金属，因此与 MRI 兼容。成像技术将使研究人员能够监测患者是否有出血迹象，并将细胞疗法与其他技术相结合，例如沉积用于深部脑刺激的电极，这是一种针对帕金森病的实验性疗法。
但是，这些潜在的优势需要针头按预期工作。Lim 和他的同事已经在琼脂糖模具和活猪身上进行了针头实验，但他们上周开始使用真人组织测试该设备和手术流程。
测试在很大程度上是成功的。研究人员证实，该设备可以稳定地安装到头骨上，并且注射只需几分钟即可完成并到达预期位置。但有一个小问题：当设备安装在头骨上时，它的一些校准标记难以读取，但 Lim 说这很容易修复。
即便如此，Goldman 预计在未来几年内，简单的直针仍将用于治疗。他是帝国州干细胞委员会的成员，该委员会去年获得了 1200 万美元的资金，用于将多发性硬化症的干细胞疗法推向临床试验。Goldman 认为，他正在研究的细胞类型可以传播到超出针头放置位置的范围。“它们真的移动得很快，”他说。
Lim 的针头并不是唯一一种正在测试用于人体的新型脑部注射设备。加拿大哈利法克斯市达尔豪斯大学的神经外科医生 Ivar Mendez 发明了哈利法克斯注射器，它不是通过手动控制的注射器输送细胞，而是通过微型计算机控制的电机输送细胞。Mendez 说，到目前为止，“注射的方式一直采用非常原始的系统。”
毫无疑问，输送将非常重要，但解决这个问题需要更好地了解大脑中细胞疗法的工作原理，加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学神经外科主任 Gary Steinberg 说。“我们仍然不知道细胞类型，”他说。“我们甚至不知道直接入脑是否是正确的给药途径。”他说，每种疾病、损伤和细胞类型都会带来一系列新的问题。
但 Lim 担心，鉴于新疗法开发的进展状况，像他这样的努力已经落后了。 “如果我们现在不做在我们认为需要它之前的工作，那么它将永远不会准备好。”
已澄清：本文的早期版本在提及使用该设备治疗佩利措伊斯-梅尔策巴赫病时指出，加州大学旧金山分校和 StemCells 的科学家“希望在年底前获得监管部门的批准”。StemCells 目前未参与设备批准所需的临床试验，但该设备可能会纳入未来的试验中，等待美国食品和药物管理局称为 510(k) 的许可。
本文经杂志 Nature 许可转载。该文章于 2013 年 3 月 4 日首次发表，并于 2013 年 3 月 6 日澄清。