一个国际研究团队开发出了微小的、自推进的设备，模仿细胞的移动方式。这些“纳米游泳者”能够高效地穿过血脑屏障，并可能促成药物输送系统的开发，该系统能够穿梭于组织和器官，精确地靶向特定部位。
这些亚微米大小的游泳者借鉴了较大微生物的特性，它们能够检测环境中营养物质和毒素，并通过趋化性过程向它们移动或远离它们。神经元利用相同的机制在发育中的大脑中迁移。免疫细胞利用它们移动到感染部位，癌细胞则利用趋化性在全身扩散。
在最新的《科学进展》杂志上发表的一项研究中，阿德里安·约瑟夫，伦敦大学学院化学系的一位博士后研究员，及其同事合成了纳米级的“载体”，其成分来自不同的脂质聚合物混合物，类似于细胞膜的成分。这些分子在一端排斥水，而在另一端吸引水，这种特性使得它们能够自组装成球形结构，从而可以封装大量的生物分子。
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这种“聚合物囊泡”已经显示出作为药物和基因输送载体的潜力。然而，穿透血脑屏障（它阻止微生物、毒素和大分子进入大脑）已被证明极具挑战性。一个主要目标是开发能够穿过这一屏障并将货物输送到特定大脑区域的自导向聚合物囊泡。（另一项最近的研究也展示了“纳米游泳者”的使用，但它们是通过光束引导到目标的。）
研究人员与来自中国、德国和瑞士的合作者合作，将一种分解葡萄糖（大脑的主要能量来源）的酶填充到聚合物囊泡中。他们还以这样一种方式合成了聚合物囊泡，使得两种类型的脂质以不同的量存在，从而使其具有不对称的结构。
当暴露于葡萄糖的浓度梯度（一个地方的糖比另一个地方多）时，聚合物囊泡吸收糖分子并将其分解。由于其不对称结构，聚合物囊泡仅从一侧释放分解产物，从而将其推向相反的方向。“这些结构或多或少像小火箭一样工作，”化学工程师、伦敦大学学院的朱塞佩·巴塔利亚说，他也是该研究的资深作者。“葡萄糖进入，由于不对称性，副产物在一侧积累。这会将水推开，[葡萄糖代谢物泄漏]出来，从而推动聚合物囊泡向前移动。”
为了制造他们的分子输送载体，研究人员将聚合物囊泡与一种名为LRP1的蛋白质结合在一起，这种蛋白质在构成血脑屏障壁的内皮细胞中大量存在。当添加到从小鼠血脑屏障中提取的组织中时，这些经过修饰的聚合物囊泡穿透内皮细胞的效率大约是其他类型的四倍，因为LRP1与屏障膜的成分结合。“他们利用这些自然机制使囊泡 [聚合物囊泡] 移动，并且囊泡进入大脑的输送速率惊人，”华盛顿大学退伍军人事务部普吉特海湾医疗保健系统内科教授威廉·班克斯说，他没有参与这项研究。班克斯补充说，这些发现代表了向大脑输送药物的“正确的道路上的重大进步”。巴塔利亚说，他的团队现在正在使用细胞表面分子的组合来靶向特定类型的大脑细胞。“葡萄糖梯度从血管内部向大脑增加，这会将我们的颗粒带向[血脑屏障]，”他说，“而且这种梯度在脑肿瘤周围要陡峭得多。”他和他的同事现在正试图利用这一点，“靶向脑肿瘤，并将抗癌药物输送到它们那里。”