别怕，超声一下就不痛啦

一提到手术，第一时间你会想到什么呢？除了死贵花不起钱、剧痛忍不住哭之外，瀚海还想到了麻醉。麻醉可是缓减疼痛不可或缺的好东西，要是没有麻醉，不知有多少人会不敢做手术。脑补一下，赤果果地躺在手术台上，医生大哥拿着闪亮亮的手术刀，带着迷之微笑就晃悠悠地过来了……

言归正转，麻醉毫无疑问已经成为手术必不可少的一环。目前的术中及术后麻醉主要依赖于阿片类药物及局部麻醉剂。阿片类药物主要通过系统给药，因此会导致远端神经麻醉，同时还具有药物耐受、上瘾及容易过量使用的缺点。局部麻醉剂虽然可以有效缓减疼痛，但是药效持续时间较短，而可以缓释的药物制剂却无法根据病人需求控制药物释放量及释放时间等。因此，可以根据病人需求控制麻醉时间、麻醉强度及麻醉持续时间的局部麻醉制剂将有效缓解病人的急性疼痛，同时减少阿片类药物的使用。近日，来自哈佛大学医学院的Daniel S. Kohane博士等研究人员开发了一种可以在超声作用下释放麻醉药物的脂质体麻醉剂，可以按需控制麻醉剂释放时间、麻醉强度及麻醉持续时间等。相关研究成果于近日发表在Nature Biomedical Engineering 上。

Daniel S. Kohane教授。图片来源：Harvard Medical School

这种可在超声作用下释放麻醉药物的脂质体麻醉剂中，脂质体由不饱和脂质1,2-二亚油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DLPC）、饱和脂质1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DSPC）、1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-磷脂酰甘油（DSPG）和胆固醇组成，包载原卟啉IX（PPIX）和河豚毒素（TTX），粒径在3 µm左右。PPIX是一种声敏剂，在超声作用下可以产生活性氧族（ROS），过氧化脂质体中不饱和的DLPC，从而扰乱脂质体双分子层结构，释放麻醉剂TTX。TTX是一种高效、肌肉毒性和神经毒性都较低的麻醉剂，可以迅速达到局部麻醉的效果。

图1. 超声作用下释放麻醉药物的脂质体示意图。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

那么为什么要用超声作为刺激源呢？其实，作者此前已经开发过近红外光刺激释放的局部麻醉制剂，但是近红外光的组织穿透性不够强，同时还可能由于能量高而灼伤皮肤。在临床上，超声已经是最常用的诊断和治疗工具之一。超声无需侵入人体，可穿透深部组织，可高度聚焦防止损伤非靶组织，这些优势使得超声成为按需局麻最理想的刺激源。

作者首先验证了超声作用下包载PPIX的脂质体是否可以产生ROS。他们选择carboxy-H2DCFDA作为ROS指示剂进行了检测，结果发现PPIX负载量为0.3%时产生的ROS最多（图2a），同时脂质过氧化程度也与ROS产生量相关（图3b）。作者选择了荧光染料磺酰罗丹明B（SRho）研究了超声对脂质体中药物释放的影响，结果发现SRho的释放与超声的频率（图2d）、持续时间（图2d）、强度（图2e）及循环周期（图2f）有关，而不含有DLPC的脂质体在超声作用下释放染料的速率明显降低（图2c）。

图2. 超声刺激负载PPIX的脂质体产生ROS、发生脂质过氧化以及释放染料的能力。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

将脂质体局部注射到大鼠皮下，采用超声刺激后也发现染料的释放显著增多，且随着超声的周期性刺激可以周期性释放染料（图3）。这表明可以用超声控制动物体内负载PPIX的脂质体的药物释放行为。

图3. 超声促进体内脂质体释放染料。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

通过比较超声作用对同时负载PPIX和TTX的脂质体（Lipo-PPIX-TTX）及只负载TTX的脂质体（Lipo-TTX）的TTX释放行为，作者发现超声可以显著加快Lipo-PPIX-TTX释放TTX的速度，而对Lipo-TTX释放速度没有影响。同时，Lipo-PPIX-TTX在无超声作用下释放TTX的速度显著低于Lipo-TTX，这表明PPIX不仅可以促进超声作用下TTX的释放，还可以稳定脂质体，减小TTX在无超声情况下的释放。

随后，作者检测了Lipo-PPIX-TTX的局部麻醉效果及可控性。他们在大鼠坐骨神经附近注射了Lipo-PPIX-TTX，并采用热板实验（将大鼠的后爪放在热板上，检测大鼠将后爪抬离热板的时间——热潜伏期，时间越长表明麻醉效果越好）检测麻醉剂的麻醉效果。他们发现注射Lipo-PPIX-TTX后的初始麻醉效果可以持续8.3 ± 4.7 h；随后进行二次超声作用（3 W·cm^-2，1 MHz，10 min）产生的麻醉效果依次可持续0.7 ± 0.2 h、0.2 ± 0.2 h；第三次超声无麻醉效果（图4a）。同时无大鼠死亡，无远端麻醉效果。但是注射Lipo-TTX的大鼠有一半在注射后3-10 h内死亡，幸存下来的6只中有4只出现了远端麻醉的迹象，而超声作用不会产生麻醉效果（图4b）。这表明PPIX对于超声刺激脂质体药物释放是必不可少的。

图4. Lipo-PPIX-TTX的局部麻醉效果及可控性。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

为了进一步增强超声引发的神经抑制的次数和持续时间，作者将负载右旋美托咪啶（Dexmedetomidine，DMED，一种α₂-肾上腺素激动剂，可以增强TTX的局部麻醉效果）的脂质体（Lipo-DMED）与Lipo-PPIX-TTX一起注射（比例为1/2）。他们发现初始的麻醉时间可以持续34.5 ± 5.0 h，随后三次超声产生的麻醉效果可以持续1.8 ± 1.2 h、0.9 ± 0.3 h、0.5 ± 0.3 h，而第四次超声仍有麻醉效果（图5a）。此外，超声诱导的麻醉效果可以通过改变超声的强度（图5d）、持续时间（图5b、5c）进行控制。这表明联合药物确实可以显著增强麻醉剂的麻醉效果。

图5. Lipo-DMED联合Lipo-PPIX-TTX产生的局部麻醉效果及可控制性。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

——总结——

该研究成功地开发了一种超声刺激、可按需释放麻醉药物的麻醉剂，通过调控超声的强度、间隔时间及持续时间可以控制麻醉效果。利用超声刺激释放药物可谓巧妙，因为超声已经在临床上广泛使用，没有侵入性，而且组织穿透能力强。当然，这个体系也存在一些问题，如超声刺激的药物释放次数较少，对应的麻醉持续时间也较短，同时强效麻醉剂TTX的使用也可能存在潜在的安全问题。这些问题都还有待进一步研究进行验证或优化。

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Ultrasound-triggered local anaesthesia

Nat. Biomed. Eng., 2017, 1, 644, DOI: 10.1038/s41551-017-0117-6

（本文由瀚海供稿）