麻省理工學(xué)院副教授 Paulina Anikeeva 和來自俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的 James Frank 開發(fā)了一種超細纖維技術(shù)，用于遞送和激活一種藥物，該藥物可以通過暴露在光線下而被誘導(dǎo)與大腦中的受體結(jié)合。弗蘭克說，用于調(diào)節(jié)活體動物大腦中神經(jīng)回路的光可控藥物的主要障礙之一是缺乏能夠同時將光和藥物輸送到大腦目標(biāo)區(qū)域的硬件。研究人員表示，他們的工作提供了一種使用單根光纖按需傳輸光和藥物的綜合方法。

該團隊開發(fā)了一種設(shè)備，可以在大腦深處輸送“光開關(guān)”藥物。被稱為光開關(guān)的光敏分子可以連接藥物，用手電筒打開和關(guān)閉活動。這種類型的藥物被稱為光藥理學(xué)，在新研究中用于控制小鼠的神經(jīng)元活動和行為。用光控制藥物活性的一項挑戰(zhàn)是光和藥物必須同時輸送到靶細胞。

當(dāng)目標(biāo)位于體內(nèi)深處時，同時遞送兩者是一項挑戰(zhàn)。該團隊使用了多功能纖維，其中包含一個流體通道和一個由多層不同材料融合在一起的光波導(dǎo)，提供了靈活性和強度。制造光纖從使用稱為熱拉伸的過程加熱和拉動的宏觀光纖開始。該過程使纖維更長，直徑縮小近 70 倍。

該方法允許在微米級從原始模板創(chuàng)建數(shù)百米的微型化纖維，以最大限度地減少組織損傷。在這項研究中，該團隊使用了 480 微米 x 380 微米、重 0.8 克的可植入纖維束。這種纖維足夠小，老鼠可以輕松地將它戴在頭上數(shù)周。

該團隊在傳遞系統(tǒng)中使用的藥物是一種經(jīng)過改良的光可開關(guān)類似物辣椒素，辣椒素是一種在辣椒中發(fā)現(xiàn)的分子。該特定分子與控制熱感的感覺神經(jīng)元上的 TRPV1 受體結(jié)合。這種修改允許辣椒素被 560 納米波長的可見綠色光激活。該波長不會損傷組織。

將纖維植入小鼠大腦的腹側(cè)被蓋區(qū)，這是大腦的深部區(qū)域，富含控制尋求獎勵行為的多巴胺神經(jīng)元。研究小組發(fā)現(xiàn)，小鼠更喜歡接受表達受體病毒的腔室，這些病毒傳遞辣椒素、光開關(guān)受體配體，以及激活藥物的綠燈，表明藥物和傳遞系統(tǒng)起作用。