上海科技大学程冰冰等通过3D打印声场定制，把血脑屏障按需“开成地图”

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Nat Communi：上海科技大学程冰冰等通过3D打印声场定制，把血脑屏障按需“开成地图”: A1 K3 K/ y/ O! O* y( P6 y
1.        HaMBO
, ^8 C& q& u1 p8 x# z' K3 h5 k7 Q8 f8 N( j2.        胞外囊泡（EVs）$ [! \1 m& T+ I/ j
3.        血脑屏障(BBB)
5 m# I" q7 I7 R5 m/ U9 u. q来源：iNature 2026-10-30 15:12
, m: E8 N. y2 q2 Z" G本研究构建了全息辅助多靶点BBB开放（HaMBO）平台，该平台将低成本3D打印全息片与单阵元超声换能器相结合。经空间定制的声场可沿梗死边界实现局灶性BBB开放。  f5 L# K/ h7 L# ~8 w
血脑屏障（BBB）以及梗死病灶形态的异质性，阻碍了胞外囊泡（EVs）、间充质基质细胞（MSCs）等不同尺寸治疗制剂向梗死周边区的无创多靶点递送。
( s0 r" R7 ]! |+ }7 `# x; d2026年10月25日，上海科技大学程冰冰、Pan Jiaji、哈尔滨工业大学裴延波、上海交通大学杨国源共同通讯在Nature Communications （IF=18.1）在线发表题为Holographic focused ultrasound enables multitarget EV and MSC delivery for neurovascular repair after ischemic stroke的研究论文。  K7 p$ ?# h; N2 S" N
本研究构建了全息辅助多靶点BBB开放（HaMBO）平台，该平台将低成本3D打印全息片与单阵元超声换能器相结合。经空间定制的声场可沿梗死边界实现局灶性BBB开放。* q: p7 B. v+ K& w: Z. J
在一过性局灶性脑缺血雄性小鼠模型中，单次2分钟的HaMBO处理可安全促进EVs与MSCs递送至梗死周边区，脑萎缩程度降低约56%，血管新生水平提升约2倍，神经前体细胞增殖水平提升约4倍，并改善长期行为功能恢复。空间转录组分析提示，HaMBO联合EV治疗可减少巨噬细胞浸润，同时促进促血管生成及神经发生相关信号通路激活。基于人颅骨模型的仿真结果进一步证实，HaMBO可适配多种临床卒中场景。; K. I$ L2 V! U- M
综上，HaMBO是一种安全、低成本、可定制化的平台，能够在缺血性卒中以及其他神经系统疾病中实现无创多靶点递送。
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, D0 c. w# ^4 c缺血性卒中是全球致死和致残的首要原因。脑缺血发生时，梗死核心区会发生不可逆细胞死亡；而周围的梗死周边区存在存活但功能受损的神经元、胶质细胞与内皮细胞，该区域是内源性修复的关键。1 j. j; x! W6 ], u# l
因此，该区域是促进神经血管重塑与功能恢复干预方案极具吸引力的治疗靶点。M2型小胶质细胞胞外囊泡（EVs）和间充质基质细胞（MSCs）已成为促进卒中后修复极具前景的治疗制剂。然而，如何将这些制剂无创、空间精准地递送至梗死周边区仍面临巨大挑战。& K$ T7 R# f3 P- E. I( O$ h/ R
全身给药EVs和MSCs会受到血脑屏障（BBB）的限制；BBB是一种高选择性神经血管界面，可阻碍绝大多数分子量大于400Da的分子穿过。此外，缺血性卒中的梗死形态多样，不同类型梗死在大小、形态以及受累血管分布区域上差异显著。这种异质性增加了开发空间精准、个体化递送方案的难度。/ z$ R. ?  d! t) b/ Q; E
聚焦超声（FUS）联合微泡（MBs）可无创、瞬时、局部开放BBB，实现脑部靶向给药。早期临床研究已经证实，在阿尔茨海默病、帕金森病以及肌萎缩侧索硬化患者中，利用FUS开放BBB具备可行性与安全性。但既往研究报道，现有的FUS-BBB开放系统在应对复杂卒中病灶模式时仍存在局限。
) T% [  ?# y4 {% G9 k6 h单阵元换能器FUS系统进行多靶点递送通常需要多次超声辐照、反复注射MBs；相控阵系统虽可同步形成多个聚焦靶点，但成本高昂，空间调控灵活性有限。声全息技术是近年发展起来的一种低成本、可拓展的技术，能够穿透颅骨构建任意声场。# X1 X1 O8 B6 V3 ?
本团队进一步优化该技术，采用改良迭代角谱算法（IASA）设计全息片，在小鼠脑内实现≥3个靶点的同步BBB开放。尽管如此，声全息技术能否根据多样化的梗死形态定制超声声场，并向复杂的个体化梗死周边区实施多尺度治疗递送，尚不明确。
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) U5 S3 N% {& W用于梗死周边区治疗递送的全息辅助多靶点 BBB 开放系统的构建（摘自Nature Communications ）5 T5 ~  M8 G0 Z, i
本文提出全息辅助多靶点血脑屏障开放技术（HaMBO），这是一个可定制化平台，能够生成适配病灶的声场，在缺血性卒中后向梗死周边区精准实施多尺度治疗递送。本研究结合迭代全息片设计算法、数值仿真与水听器检测，首先制备出可匹配弧形梗死边界的多焦点FUS声场全息片。小鼠实验结果显示，在0.5MPa声压条件下，HaMBO可精准开放BBB，脱靶效应极低，且未检测到明显行为学与组织学异常。
- `0 C" G$ B! h4 S在大脑中动脉栓塞（MCAO）小鼠模型中，通过HaMBO将M2型小胶质细胞EVs与MSCs递送至梗死周边区，可显著减轻脑萎缩、促进血管新生与神经前体细胞增殖，并改善功能恢复。空间转录组结果提示，HaMBO联合EV治疗产生的治疗获益，可能与巨噬细胞浸润减少有关。- i9 o8 U2 v. N; L! t
最后，基于人颅骨模型和临床卒中病灶形态的经颅三维仿真结果证实，HaMBO可适配多种临床卒中场景。综上，本研究证实HaMBO是一种可用于卒中梗死周边区药物递送的多功能平台，具备较高的转化潜力。
3 x9 w, s: c( ^. J* n) ?' Z参考消息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-78847-5
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