Более восьмидесяти лет назад учёные обнаружили (2) удивительное свойство сфокусированных ультразвуковых волн: сконцентрировав их энергию примерно в объёме рисового зерна, можно эффективно нагревать и разрушать мозговую ткань.
Это похоже на собирание солнечных лучей в одну точку при помощи увеличительного стекла, чтобы выжечь узор на дереве.
Теперь началось изучение возможности применения сфокусированного ультразвука для лечения неврологических нарушений, всевозможных болей и даже раковой опухоли.
Несмотря на перспективность первых открытий, ряд технических трудностей препятствовал широкому внедрению метода в клиническую практику. Например, кости черепа поглощают значительную долю ультразвуковой энергии, затрудняя передачу достаточно мощных сигналов непосредственно к поражённым участкам мозга.
Со временем проблему решили путём объединения ультразвуковых датчиков с системой обработки визуальной информации о форме и плотности костей черепа, что позволило существенно повысить точность направления лучей и эффективность воздействия ультразвука на целевые зоны.
Только недавно научные разработки в области медицинских изображений и акустической физики позволили реализовать потенциал ультразвука в клинике.
Я инженер биомедик (1), изучающий вопросы применения в медицине сфокусированного ультразвука – концентрации звуковой энергии в определённом объёме. За последние годы эта технология значительно шагнула вперед и нашла широкое применение в клинической практике.
По моему мнению, наиболее захватывающая перспектива применения сфокусированного ультразвука — это доставка лекарств в головной мозг, стимуляция иммунных реакций против злокачественных новообразований и лечение редких заболеваний центральной нервной системы.
Доставка лекарств в мозг
Гематоэнцефалический барьер мозга является великолепным эволюционным механизмом защиты нашего важнейшего органа от токсичных веществ и патогенов. Он состоит из плотно соединённых клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, и пропускает лишь строго определённый набор молекул, однако он же становится серьёзным препятствием для лечения заболеваний, поскольку не допускает в мозг терапевтические агенты.
Более двух десятилетий назад исследования (3) показали, что подача низковольтных импульсных сигналов сфокусированным ультразвуком, вызывая колебания микроскопических пузырьков крови в сосудах, временно приоткрывает защитный барьер. Колебания стенок сосудов создают кратковременные поры, позволяющие лекарственным веществам проникнуть в ткань мозга.
Важно отметить, что открытие происходит только в том участке мозга, куда направлен сигнал сфокусированного ультразвука!
С тех пор многочисленные исследования подтвердили безопасность этой методики и улучшили контроль ультразвукового луча. Спустя годы экспериментов учёные разработали устройства, использующие сфокусированный ультразвук для временного открытия гематоэнцефалического барьера и доставки необходимых медикаментов внутрь мозга.
В настоящее время активно ведутся клинические испытания, тестирующие способность этих устройств доставлять лекарства прямо в мозг пациентов с глиобластомой, метастазами опухоли мозга и болезнью Альцгеймера.
Параллельно был достигнут значительный прогресс в разработке генной терапии ряда тяжёлых нервных заболеваний. Генная терапия направлена на исправление или замену дефектного генетического материала, обусловившего развитие конкретного недуга, но доставка такого рода терапевтических средств в мозг сложна, поскольку традиционные средства просто не способны преодолеть гематоэнцефалический барьер.
Исследования на животных показали, что использование сфокусированного ультразвука позволяет увеличить эффективность проникновения препаратов генной терапии именно туда, куда требуется, что открывает путь к проведению аналогичных процедур у человека.
Стимуляция противораковой реакции иммунитета
Иммунотерапия раковых заболеваний мобилизует собственную иммунную систему пациента на борьбу с опухолью, однако многие виды рака, включая рак молочной железы, поджелудочной железы и глиобластомы, являются иммунологически "нечувствительными", то есть слабо реагируют на традиционную иммунотерапию.
Учёные выяснили, что сфокусированный ультразвук способен уничтожать твёрдые опухоли, активизируя иммунную систему для распознавания и уничтожения раковых клеток. Один из механизмов действия заключается в разбиении опухоли на мелкие частицы, которые затем попадают в лимфатические узлы. Циркулирующие там иммунные клетки сталкиваются с этими частицами и запускают целенаправленную иммунную атаку.
В свете подобных научных достижений Университет Вирджинии в 2022 году открыл первый в мире центр изучения влияния сфокусированного ультразвука на иммунитет при онкологии. Цель — поддерживать дальнейшие исследования и продвигать самые многообещающие методы. Например, мои коллеги прямо сейчас проводят клинические испытания (4) на пациентах с запущенной меланомой, тестируя комбинацию сфокусированного ультразвука с иммунотерапией.
Лечение редких заболеваний с применением сфокусированного ультразвука
До сих пор большинство исследований было сосредоточено на самых распространённых и опасных заболеваниях, таких как рак и болезнь Альцгеймера, но я убеждён, что дальнейшее развитие технологии сфокусированного ультразвука позволит создать эффективные лечебные методы и для пациентов с редкими патологиями.
Анонсы статей смотрите в МАХ, Telegram или ОК
Одним из интересных направлений нашей лаборатории является изучение церебральных кавернозных мальформаций. Это очаги аномального роста сосудистых клеток мозга. Хотя это заболевание встречается редко, оно способно вызывать серьёзные неврологические нарушения, особенно если очаг кровоточит и расширяется.
Традиционное лечение включает хирургическое удаление проблемных участков мозга, однако некоторые образования расположены глубоко, что создаёт риск осложнений. Лучевая терапия тоже применяется, но её побочные эффекты весьма серьёзны.
Мы установили (5), что использование сфокусированного ультразвука для временного приоткрытия гематоэнцефалического барьера улучшает проникновение лекарственных препаратов в зону поражения. Помимо этого, мы заметили, что сама процедура применения сфокусированного ультразвука останавливает рост мальформаций у лабораторных грызунов даже без введения специальных препаратов.
Пока механизм стабилизирующего эффекта ультразвука неясен, но многочисленные исследования (6) показали безопасность этой техники при лечении пациентов с другими диагнозами, например, с болезнью Альцгеймера, и теперь хирурги начали разрабатывать протоколы клинических испытаний методов лечения церебральных мальформаций с применение сфокусированного ультразвука.
Лучший орех для сердца: мнение диетолога
Я с уверенностью смотрю в будущее, ожидая, что благодаря работе учёных и врачей применение сфокусированного ультразвука станет безболезненным методом лечения множества редких и смертельно опасных заболеваний.
Автор: Richard J. Price, Professor of Biomedical Engineering, University of Virginia
Перевод: Виктор Трибунский
Ссылки
Источник