In vivo measurement of light penetration in mouse and dog heads and human-head simulation for photocatalytic therapy in Alzheimer disease
本研究表明，尽管皮肤吸收显著削弱了光能，但颅骨相对较小的衰减作用使得足够的光能可以经经颅传递至人类大脑，从而支持了光催化疗法在阿尔茨海默病治疗中的转化潜力。
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想象一下，你试图修理一个密封在厚壁箱子里的损坏机器，却不能打开盖子。你有一个特殊的工具，只有在被特定颜色的光照射时才能发挥作用，但这个箱子是由不同材料构成的层叠而成的——有些是毛茸茸的，有些是坚硬的，有些则充满了血液。这就是科学家们想要治疗阿尔茨海默病所面临的挑战，这种疾病会导致粘性的蛋白质团块（称为淀粉样纤维）在脑部深处堆积。提议的解决方案是一种“光催化”疗法：一种能粘附在这些粘性团块上的药物，当受到光照射时，能将它们转化为人体免疫系统可以轻松清理的东西。但问题在于，光在人体头部中的传播效果并不好。它会被皮肤、头骨和脑组织本身散射并吸收。大问题不仅在于这种疗法在小鼠身上是否有效，而是在于是否有足够的足够的光能穿透人类的头骨，到达深层大脑目标，且不会灼伤皮肤或需要侵入性手术。
这篇论文就像是一支“光之侦探”团队，试图解开“究竟有多少光能真正到达大脑？”这个谜团。由东京大学等机构的科学家领导的研究小组知道，虽然他们已经成功清除了微型小鼠体内的这些蛋白质团块，但人类的头部是一个更大、更厚的障碍赛场。他们不能仅仅靠猜测；他们需要测量。因此，他们使用了一项结合了小鼠和比格犬的独特实验。他们使用一种特殊的针状探针，精确测量了多少光线在从头部外部到深层大脑（特别是靠近记忆中心的海马体附近）的旅程中幸存了下来。然后，他们利用这些真实世界的测量数据构建了一个人类头部的计算机模拟模型。
以下是他们的发现，这可能会让你感到惊讶。光线最大的敌人并不是每个人都担心的坚硬头骨，而是皮肤。把皮肤想象成一条厚实的、毛茸茸的毯子，它在光线甚至还没碰到骨头之前，就吞噬了大部分的光能。令人惊讶的是，相对于其阻挡的光量而言，头骨其实比皮肤更透明。虽然头骨确实会降低光强（将其衰减到约百分之一），但它比起皮肤层来说，并不是最主要的障碍，因为皮肤层吸收了绝大部分的能量。然而，即使头骨是那个“较轻”的障碍，到达深层大脑的光量仍然极其微小——在最佳情况下（使用约 650–700 纳米的长波长光），只有起始于表面的光量的约一百万分之一（10⁻⁶）能到达大脑。
作者指出，虽然这听起来损失了很多光，但这并不意味着这种疗法是不可能的。他们的模拟表明，如果你能让光源更接近大脑——例如，通过完全绕过厚重的皮肤层，或者使用一种旨在最小化第一层损耗的设备——你就能输送足够的能量来激活药物。他们估计，如果采用设计良好的输送路径，可能需要通过头骨进行大约两小时的照射，才能向大脑表面输送足够的能量来开始清理蛋白质团块。论文总结道，虽然旅程艰辛，但道路并未被封死。通过合适的工具和聪明的给药方式，这种“光激活”疗法可能成为一种可行的未来阿尔茨海默病治疗手段，但这需要精密的工程设计，以克服皮肤对光线的巨大胃口。
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