新型AAV脑内递送技术：效率提高2000多倍，或带来基因治疗

腺相关病毒（AAV）载体在基因疗法中得到了广泛的应用，具有治疗多种中枢神经系统（CNS）疾病的潜力。将AAV递送至CNS的方法有多种，如直接颅内注射（DI）、鼻内递送（IN）和静脉注射联合聚焦超声诱导的血脑屏障损伤（FUS-BBBD）。然而，如何在最小的全身毒性下无创、高效地将AAV递送至大脑，仍然是主要的挑战。

来自圣路易斯华盛顿大学医学院的研究团队开发了一种使用超声介导的鼻内给药（FUSIN）方式，将AAV递送至大脑中，同时对身体其他器官的影响最小。此研究成果于9月21日发表在eBioMedicine杂志上。这是第一个评估FUSIN在小鼠模型中递送AAV载体潜力的研究。

来源：eBioMedicine

通讯作者Hong Chen的实验室对超声介导的鼻内给药有多年的研究经验，并于2021年在脑肿瘤模型中发现了有希望的成果：使用鼻内给药的方式，通过鼻道直接经鼻至脑给药，绕过血脑屏障，最大限度地减少与身体其他部位的接触。

在这项最新研究中，研究团队使用AAV载体，通过聚焦超声和微泡将增强的绿色荧光蛋白（AAV5-EGFP）递送到大脑皮层和脑干。结果显示，FUSIN能安全有效地将AAV5-EGFP传递到空间靶向的大脑位置，包括大脑浅表部位（皮层）和大脑深部区域（脑干）。FUSIN取得了与直接注射相似的结果，比聚焦超声诱导的血脑屏障损伤的递送效率高400多倍，比单独鼻内递送效率高2000多倍。此外，FUSIN对身体其他器官的影响最小。这表明FUSIN是一种有前途的无创、高效、安全和空间靶向的AAV传输到大脑的技术。

聚焦超声有很多优点，超声波可以穿透头皮和头骨，可以以大脑内几乎任何位置为靶标，诱导微泡的扩张和收缩，推动和拉动邻近的血管壁。而且FUSIN手术是完全无创的，能以高效率和最小的全身暴露将多种药物递送到不同的大脑区域。

目前为止，还没有用于中枢神经系统疾病的基因疗法被批准，主要挑战是缺乏无创和高效的AAV递送技术。未来FUSIN介导的AAV递送有望达到比单独鼻腔递送更高的治疗效果，并有可能用于治疗各种脑部疾病，如帕金森病，但仍需要进一步的实验验证。

一直以来，研究人员在尝试不同的方法将基因递送到大脑中，以治疗脑肿瘤、神经退行性疾病等中枢神经系统疾病。但由于血脑屏障（BBB）的存在，导致向大脑递送基因成为一种挑战。

近日，圣路易斯华盛顿大学 Chen Hong 副教授团队在 eBioMedicine 期刊发表了题为：Incisionless targeted adeno-associated viral vector delivery to the brain by focused ultrasound-mediated intranasal administration 的研究论文。

该研究在首次在小鼠模型中验证了团队之前开发的聚焦超声鼻内递送（FUSIN）方法，证实了FUSIN能够突破血脑屏障（BBB），将腺相关病毒载体（AAV）通过鼻腔高效递送到大脑。这一递送效率比其他递送方法效果更好，对身体其他器官的影响最小。

Chen Hong 团队在几年前就开始应用聚焦超声鼻内递送（FUSIN），2018年使用FUSIN递送了金纳米颗粒，2021年在脑肿瘤模型中验证了效果。FUSIN是通过鼻腔向大脑给药，能够绕过血脑屏障，最大限度减少所要递送的药物与身体其他部位的接触。

腺相关病毒载体（AAV）是目前基因治疗的主要递送载体，具有递送和治疗多种中枢神经系统疾病的潜力。将AAV递送到中枢神经系统的方法有很多，例如直接颅内注射（DI）、鼻内输送（IN）、静脉注射结合聚焦超声诱导血脑屏障破坏（FUS-BBBD）。然而，如何以最小的全身毒性，且无创和高效的将AAV递送到大脑仍然是目前面临的主要挑战。

在这项研究中，研究团队探索了使用FUSIN通过鼻腔向大脑递送腺相关病毒的效果。

研究团队发现，将携带绿色荧光蛋白（GFP）的腺相关病毒5型（AAV5-hSyn-EGFP）通过聚焦超声（Focused Ultrasound）和微泡（Microbubbles）将GFP地送到了大脑皮层和脑干，由于GFP由神经元特异性启动子hSyn启动，因此不在其他组织和器官中表达。

实验结果显示，FUSIN的递送效率与直接颅内注射（DI）效果相似，比静脉注射结合聚焦超声诱导血脑屏障破坏（FUS-BBBD）高出400多倍，比鼻内递送（IN）高出2000多倍。

此外，FUSIN对身体其他器官的影响最小，在肺中有少量发现，在其他器官中极少或没有。

Chen Hong 表示，聚焦超声使用的超声波可以穿透头皮和头骨，可以将大脑内几乎任何位置为目标，并在那里导致微泡的周期性压缩和膨胀，从而作用于血管壁，突破血脑屏障。FUSIN是完全无创的，可以成功地以高效率和最小的全身暴露将多种类型的药物递送到不同的大脑区域。到目前为止，还没有基因疗法被批准用于中枢神经系统疾病的治疗。FUSIN这种无创递送和空间靶向，将AAV递送到大脑的方法将有显著的治疗效果。

Chen Hong

研究团队还表示，FUSIN介导的AAV递送可能具有比其他递送方式更好效果，从而有望应用于治疗多种脑部疾病，例如帕金森病等等。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2022.104277

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