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为解决传统纳米气泡（NBs）制备技术在临床应用中的局限性，东京大学药科生命科学学院等机构的研究人员开展了微流控纳米气泡（MF-NBs）用于超声成像和基因递送的研究。结果显示 MF-NBs 性能优异，这为相关领域带来新希望。
在生命科学和医学领域，基因治疗和核酸疗法发展迅猛，为攻克诸如中枢神经系统疾病、癌症、遗传疾病和缺血性疾病等难治性疾病带来了新的曙光。以 2018 年美国食品药品监督管理局（FDA）批准 RNAi 药物 Onpattro 治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性，以及 mRNA 技术应用于新冠疫苗为例，都展现了这一领域的巨大潜力。然而，要实现这些疗法的高效、安全应用，精准的药物递送系统（Drug Delivery System，DDS）至关重要。
超声介导递送凭借其相对安全性和组织特异性靶向优势备受关注，将超声与作为对比剂的微泡（Microbubbles，MBs）或纳米气泡（Nanobubbles，NBs）结合，能增强药物、基因和核酸的递送效果。不过，传统 MBs 在进入小血管时存在困难，而 NBs 虽具有潜在优势，但传统制备方法（如搅拌和超声处理）难以满足临床对高产量和单分散性的要求。在此背景下，开发一种高效制备 NBs 且能用于诊断治疗一体化的方法迫在眉睫。
东京大学药科生命科学学院等机构的研究人员开展了相关研究，他们制备出超声响应的 MF-NBs，并对其在超声成像和基因递送方面的效果进行评估。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域的发展提供了新的思路和方向。
研究人员运用了多种关键技术方法。在制备 MF-NBs 时，使用了包含微流控装置、精密泵送、流体元件和软件的微混合器系统；采用激光衍射粒度分析仪测量 MF-NBs 的粒径和浓度，通过动态光散射评估其 zeta 电位；利用冷冻电镜（Cryo-EM）观察 MF-NBs 的形态；在体内实验中，借助超声诊断仪对小鼠心脏进行成像，评估 MF-NBs 作为超声对比剂的效果，同时通过尾静脉注射 MF-NBs 和质粒 DNA（pDNA），结合超声照射，研究基因递送效率 。
下面来看具体的研究结果：
- MF-NBs 的制备：研究人员利用微混合器系统一步法制备 MF-NBs，发现气体压力和脂质溶液流速会影响其物理性质。在 1 bar/1 bar - 6 bar/6 bar 的压力条件下，均能成功形成 NBs，但综合考虑，6 bar/6 bar 条件下制备的 MF-NBs 产量高（约 500 μL/min）、稳定性好且均匀性高，适合后续研究。
- MF-NBs 的表征和稳定性：冷冻电镜图像显示 MF-NBs 近似球形且含有充气单分子层。激光衍射分析表明，其粒子浓度为2.22×1013±2.97×1012particles/mL，平均粒径为 158.7 + 0.58 nm。储存一周后，其浓度和粒径无明显变化，说明在 4°C 下储存 1 周具有高度稳定性。
- 体内超声成像：通过对小鼠心脏进行体内超声成像，发现 MF-NBs 具有有效的对比特性，新鲜制备和储存一周后的 MF-NBs 成像效果相似，证明其在超声成像方面的可靠性。
- MF-NBs 联合超声用于 pDNA 递送：研究人员评估了 MF-NBs 联合超声暴露对多种器官的基因递送能力。以编码荧光素酶基因和绿色荧光蛋白（GFP）基因的 pDNA 为模型，结果显示，MF-NBs 联合超声暴露能显著提高基因表达，且在超声照射区域的基因表达明显高于未照射区域，证实了 MF-NBs 在基因递送方面的有效性。
- MF-NBs 用于血脑屏障（BBB）开放和脑部基因递送：研究发现，MF-NBs 联合低频聚焦超声（FUS）可增强 BBB 的通透性，使伊文思蓝（EB）和荧光素异硫氰酸酯（FITC） - 葡聚糖能够穿透脑实质。同时，与对照组相比，经 MF-NBs 和 FUS 处理的小鼠左半球荧光素酶活性显著提高，表明 MF-NBs 可实现脑部基因递送。
- MF-NBs 与 MBs 的脑部成像对比：研究表明，静脉注射后 MF-NBs 能到达脑部并被超声检测到。与 MBs 相比，MF-NBs 的分布区域更广泛、分散，提供的超声对比区域更稳定、更宽广，在脑部微血管成像方面具有优势。
研究结论表明，利用微流控微混合器成功快速制备出平均粒径 200 nm 以下的单分散气泡。MF-NBs 在体内稳定性极高，可作为超声对比剂，且全身给药联合超声暴露能实现选择性基因递送至超声照射区域。不过，MF-NBs 的室温长期稳定性尚未评估，未来可开发冻干技术提高其稳定性和实用性。此外，该研究目前在正常小鼠中进行，后续可拓展至疾病小鼠模型，并探索 MF-NBs 对多种基因和核酸的递送潜力。总体而言，这项研究为超声对比和基因递送应用提供了极具前景的工具，有望推动相关疾病治疗和诊断技术的发展 。
