经颅超声因其非侵入性、良好的组织穿透能力和较高的时空分辨率，被视为一种有前景的神经调控手段。然而，传统超声的空间分辨率通常局限于毫米至厘米级，难以实现对特定神经元群体的精准调控，且可能因非靶区激活而导致效应不可控。为提升精度，研究者尝试结合声敏纳米材料，以局域化超声能量。然而，现有策略多依赖高能量超声或基因改造，存在热损伤、机械损伤及生物安全性等隐患。纳米气泡虽可在较低强度下增强超声效应，但其在体内的不稳定性（仅能维持1-2周）严重制约了其在慢性疾病治疗中的应用。

在此背景下，香港理工大学生物医学工程系孙雷教授团队，针对传统经颅超声空间精度低、纳米气泡体内稳定性差等瓶颈，设计并制备了空心二氧化硅纳米结构（HSN），其可在低强度聚焦超声下稳定激活机械敏感离子通道，实现持续≥9周的精准脑区调控，为慢性神经系统疾病的精准、无创、长期神经调控提供了全新平台。相关研究成果已于2026年2月23日发表在《Nature Communications》（IF：18.1）（doi：10.1038/s41467-026-69710-8）。

研究团队设计的HSN，其内部气体核心赋予超声响应性，表面聚乙二醇修饰提高生物相容性，并掺入铁元素以增强壳层强度及磁共振示踪能力。首先进行的体外验证，将原代皮层神经元与HSN共孵育后给予低强度脉冲超声，研究人员发现神经元钙内流呈强度依赖性增加，且该效应可被机械敏感通道阻断剂显著抑制，提示其依赖机械敏感离子通道；而实心硅球对照组无此反应，证实效应源于中空结构。

随后将HSN立体注射至小鼠运动皮层，一至两周后施加超声，记录到前肢肌电反应，其潜伏期稳定在约160毫秒，幅度随声压升高而增强，而盐水注射侧仅在更高声压下出现微弱反应；进一步将HSN注射至纹状体或腹侧被盖区，通过c-Fos染色和光纤钙信号记录，观察到超声仅激活HSN所在局部区域（约200微米范围），邻近无HSN区域未见激活，且注射体积增大时激活范围相应扩大，说明空间精度主要由纳米材料的分布而非超声波长决定。长期稳定性方面，通过荧光成像、磁共振和超声造影追踪HSN在脑内的存留，研究人员发现其信号可维持至少9至11周，远超传统纳米气泡。同时，在长达9周的多次超声刺激中，腹侧被盖区神经元钙反应幅度和潜伏期保持稳定，证实其支持长期慢性调控。

在MPTP和α-突触核蛋白预形成纤维诱导的两种帕金森病模型中进行治疗性实验，将HSN注射至丘脑底核，采用前五天每日30分钟、之后每周30分钟的超声方案共9周。结果显示，治疗组小鼠的转棒跌落潜伏期从基线约40秒显著延长至第9周的61秒，旷场移动距离从8米增至近12米，且停药2周后疗效部分维持；同时，在纹状体表达多巴胺探针的小鼠中，超声刺激丘脑底核可快速诱发多巴胺信号升高（潜伏期约400毫秒），免疫染色还显示治疗侧黑质致密部酪氨酸羟化酶阳性神经元丢失较未治疗对照组明显减轻，提示该干预兼具症状改善与神经保护作用。

安全性评估方面，HSN注射后11周内小鼠体重、旷场活动、Y迷宫工作记忆和新物体识别认知能力均无异常，脑组织切片中神经元标志物、凋亡蛋白、小胶质细胞及星形胶质细胞染色均未见显著改变，证实该材料及超声参数具备良好生物相容性。

研究通讯作者、香港理工大学孙雷教授等人在讨论中表示，“通过激活机械敏感离子通道，我们利用HSN介导的超声刺激成功地在体外和体内调控了神经活动。HSN的一个关键优势在于其体内寿命长达11周，同时细胞毒性极低，可与无创超声结合实现慢性脑刺激。此外，HSN表面易于修饰，也为通过配体或其他靶向分子实现细胞靶向提供了可能。因此，HSN介导的超声刺激所实现的机械敏感离子通道激活，其应用前景可能不仅限于神经调控领域。”

补充视频1：HSN+US组PD小鼠第9周旷场运动恢复表现

补充视频2：Saline+US组PD小鼠第9周旷场运动无改善表现

补充视频3：HSN+US组PD小鼠停药2周后（第11周）运动功能维持表现

补充视频4：Saline+US组PD小鼠第11周运动功能仍无改善表现