基于功能化MNPs的靶向磁刺激对颞叶癫痫网络的调控作用及其机制研究

Epilepsy is one of the most common, chronic, and serious neurological disorders. Drug resistance in temporal lobe epilepsy (TLE), which contributes to the majority of drug-resistant epilepsy (DRE), is a major prognostic factor in epilepsy patients and its management remains a great challenge. Previous studies have found that magnetic stimulation may modulate the neural network activity with or without the involvement of magnetic nanoparticles(MNPs). In our recent studies, we have successfully developed a tryptophan derivate (TD) functionalized Pluronic-based nanocarriers to promote antiepileptic drugs (AEDs) delivery to the epileptogenic focus, as well as a multimodal Pepstatin A peptide modified superparamagnetic iron oxide-based nanoagent for magnetic resonance imaging diagnosis and localization in TLE. Based on these findings, herein we synthesize a Pluronic P123 and TD modified multifunctional magnetic nanoparticle (P123-superparamagnetic iron oxide nanoparticles-PEG-TD, P123-SPIONs-PEG-TD). By combining targeted delivery and magnetic stimulation, we try to examine the effects of nanomagnetic actuation on drug-resistant TLE. With the delivery system of functional magnetic nanoparticles, the study of MNPs-mediated magnetic modulation was conducted to verify the magnetothermal therapy efficiency and bio-safety on the drug-resistant TLE models both in vitro and in vivo. By detecting the expressions of key molecules as well as functional studies, the mechanisms underlying MNPs-mediated nanomagnetic modulation were also investigated. This investigation may provide a novel strategy and a new therapeutic option for DRE and might also be helpful to elucidate the mechanisms of nanomagnetic modulation of neural activity.

癫痫是一种常见的慢性神经系统疾患，以颞叶癫痫（TLE）为代表的耐药性癫痫（DRE）的诊治仍是尚未攻克的医学难题。既往研究显示磁刺激可以直接或通过磁性纳米粒（MNPs）介导的磁热效应调控神经元的电活动。在前期研究中我们已成功构建可靶向致痫灶的色氨酸衍生物（TD）修饰的Pluronic纳米载药系统和胃酶抑素A（Pepstatin A）修饰的纳米对比剂。在此基础上，本项目设计合成Pluronic P123和TD双修饰的超顺磁性氧化铁纳米粒以构建靶向纳米诊治系统（P123-SPIONs-PEG-TD），拟结合纳米靶向递送和磁刺激，以耐药性的TLE为研究对象，开展纳米磁刺激调控致痫网络的实验研究，验证靶向MNPs介导的磁刺激的可行性、有效性和安全性，并通过分子表达及功能实验探索基于MNPs磁刺激调控神经元活动的可能机制。本项目不仅为DRE的诊治提供新的治疗策略，也有助阐明纳米磁调控神经元活动的机制。

世界上约有5000万人罹患癫痫。尽管有多种抗癫痫药物（AEDs）问世，但同时对多种AEDs耐药的耐药性癫痫（DRE）一直占所有癫痫患者的三分之一左右。利用热效应消融或调控致痫灶异常放电神经元有望成为研究大脑癫痫网络及新型癫痫治疗策略的重要手段。但目前基于该方法的探索仍较少。我们的前期研究发现利用纳米技术可以明显提高癫痫治疗的靶向性。本研究通过制备纳米光热材料，分别考察一区近红外光（NIR波长808 nm）和二区近红外光（NIR波长1064 nm）热消融及调控颞叶癫痫网络的有效性和安全性。我们首先制备了生物安全性良好的聚多巴胺纳米粒（PDA-NPs），发现在1.5 W/cm2的NIR（808 nm）经颅孔照射后，可以诱导大鼠脑深部组织产生明显升温，并导致局部组织坏死，而皮层损伤相对较小。考虑到提高NIR的波长能够进一步增强NIR的组织穿透性，我们进一步优化NIR的波长为1064 nm，并制备了能响应1064 nm的FeS2-PEG磁性纳米粒，后者不仅能够在磁共振（MRI）下被示踪，而且还能在NIR照射下产生热效应。同时由于癫痫灶局部存在的氧化应激压力，在二价铁存在的情况下可以诱发芬顿反应，后者可以在局部产生活性氧（ROS）而诱导铁死亡效应。在铁死亡的参与下，可以进一步降低NIR的功率，达到低温光热消融癫痫灶的目的，这并有助降低光热治疗对正常组织的副损伤。在颞叶癫痫动物模型上的研究表明，联合NIR及FeS2-PEG可以明显降低癫痫发作的持续时间和发作强度。本项目通过对光热消融癫痫灶的研究，探讨了热效应消融癫痫灶的优势和不足。通过结合纳米技术，实现了无光纤条件下的光热切除病灶。本项目的研究还发现，通过光热治疗与其他治疗的协同，可以降低激光治疗的副作用。本项目为拓宽激光消融治疗癫痫的应用范围并降低治疗的副作用提供了思路及实验依据。同时联合光热材料的激光照射也可能成为研究癫痫网络的一种有用工具。