Звуковите вълни с честота над прага на човешкото слухово възприятие се използват рутинно в медицинската практика. Известни още като ултразвук, тези звукови вълни помагат на лекарите да диагностицират и наблюдават заболявания, а също така позволяват да се види за първи път най-новият член на семейството. А сега пациенти със заболявания, вариращи от рак до невродегенеративни заболявания като Алцхаймер, скоро може да се възползват от последните постижения в тази технология.
Снимка: iStock
Биомедицинският инженер Ричард Джей Прайс изучава как фокусираният ултразвук – концентрацията на звукова енергия в определен обем – може да бъде фино настроен за лечение на различни заболявания. През последните няколко години тази технология отбелязва значителен растеж и употреба в клиничната практика. А изследователите продължават да откриват нови начини за използване на фокусирания ултразвук за лечение на заболявания, пише "Science Alert".
Кратка история на фокусирания ултразвук
Ултразвукът се генерира с помощта на сонда, съдържаща материал, който преобразува електрически ток във вибрации и обратно. Когато ултразвуковите вълни преминават през тялото, те се отразяват от границите на различни видове тъкани. Сондата открива тези отражения и ги преобразува обратно в електрически сигнали, които компютрите могат да използват за създаване на изображения на тези тъкани.
Още: В търсене на друго: Учени с изненадващо откритие за женския мозък
Снимка: iStock
Преди над 80 години учените откриха, че фокусирането на тези ултразвукови вълни в обем с размерите на зърно ориз може да загрее и унищожи мозъчната тъкан. Този ефект е аналогичен на концентрирането на слънчевата светлина с лупа, за да се възпламени сухо листо.
Още: Проучване: Кетогенната диета може да намали риска от Алцхаймер
Първите изследователи започнаха да тестват как фокусираният ултразвук може да лекува неврологични разстройства, болка и дори рак. Въпреки тези ранни открития, технически пречки пречеха на прилагането на фокусирания ултразвук в клиничната практика. Например, тъй като черепът абсорбира ултразвуковата енергия, изпращането на фокусирани лъчи с достатъчно висока енергия, за да достигнат увредената мозъчна тъкан, се оказа трудно.
Снимка: iStock
Изследователите в крайна сметка преодоляха този проблем, като интегрираха големи масиви от ултразвукови преобразуватели – сонди, които преобразуват електрически сигнали във вибрации – с информация, базирана на изображения, за формата и плътността на черепа. Тази промяна позволи на изследователите да настроят по-добре лъчите към целите си, споделя Ричард Джей Прайс за "Science Alert".
Още: Също като нас: Делфините се разболяват от Алцхаймер
Едва след като учените постигнаха ключови напредъци в технологиите за изображения и акустичната физика през последните години, потенциалът на ултразвука започна да се реализира в клиничната практика. Стотици клинични проучвания, насочени към лечението на десетки заболявания, са приключили или все още продължават. Изследователите са постигнали забележителен успех при лечението на състояние, наречено есенциален тремор, което води до неконтролируемо треперене, обикновено на ръцете. Фокусираните ултразвукови лечения за есенциален тремор вече се извършват рутинно на много места по света.
Снимка: iStock
Смятам, че някои от най-вълнуващите приложения на фокусирания ултразвук включват подобряване на доставката на лекарства до мозъка, стимулиране на имунните реакции срещу рака и лечение на редки заболявания на централната нервна система.
Доставяне на лекарства до мозъка
Кръвно-мозъчната бариера е изтънченото решение на еволюцията за предпазване на този най-важен орган от вредни вещества. Кръвно-мозъчната бариера се състои от много плътно свързани клетки, които облицоват вътрешността на кръвоносните съдове. Тя позволява само на определени видове молекули да проникнат в мозъка, като го предпазва от патогени и токсини. Кръвно-мозъчната бариера обаче е проблемна, когато става въпрос за лечение на заболявания, защото пречи на терапиите да достигнат целта си.
Снимка: iStock
Преди повече от 20 години пионерски проучвания установиха, че изпращането на нискоинтензивни импулси от фокусиран ултразвук може временно да отвори кръвно-мозъчната бариера, като предизвика осцилация на микромехурчетата в кръвоносните съдове.
Още: Супервъзрастни със супермозък: Какви са техните навици?
Тази осцилация натиска и издърпва околните стени на съдовете, като за кратко отваря малки пори, които позволяват на лекарствата в кръвния поток да проникнат в мозъка. Важно е да се отбележи, че кръвно-мозъчната бариера се отваря само там, където се прилага фокусираният ултразвук. След много години на тестване на безопасността на тази техника и подобряване на контрола на ултразвуковата енергия, изследователите са разработили няколко устройства, които използват фокусиран ултразвук за отваряне на кръвно-мозъчната бариера за лечение.
Снимка: iStock
В момента се провеждат клинични изпитвания, които тестват способността на тези устройства да доставят лекарства до мозъка за лечение на състояния като глиобластома, мозъчни метастази и болестта на Алцхаймер.
Още: Учени: Защо Алцхаймер е по-често срещан при жените - рискове и превенция
Успоредно с това е постигнат значителен напредък в разработването на генни терапии за редица мозъчни заболявания. Генната терапия включва поправяне или замяна на дефектен генетичен материал за лечение на конкретно заболяване. Прилагането на генна терапия в мозъка е особено трудно, тъй като такива терапии обикновено не преминават кръвно-мозъчната бариера.
Снимка: iStock
Изследвания върху животни са показали, че използването на фокусиран ултразвук за отваряне на кръвно-мозъчната бариера може да улесни доставянето на генни терапии до целевите им места в мозъка, което отваря врати за тестване на тази техника при хора.
Стимулиране на имунните реакции срещу рака
Имунотерапията при рак инструктира собствената имунна система на пациента да се бори с болестта. Много пациенти обаче – особено тези, страдащи от рак на гърдата, рак на панкреаса и глиобластома – имат тумори, които са имунологично "студени", което означава, че не реагират на традиционните имунотерапии.
Снимка: iStock
Изследователите са установили, че фокусираният ултразвук може да унищожи солидни тумори по начин, който позволява на имунната система да разпознава и унищожава по-добре раковите клетки.
Още: Kръвен сигнал може да ви предупреди за Алцхаймер 10 години преди появата на симптомите
Един от начините, по който фокусираният ултразвук постига това, е като превръща туморите в отломки, които след това буквално се оттичат към лимфните възли. Когато имунните клетки в лимфните възли се сблъскат с тези отломки, те могат да инициират имунна реакция, насочена специфично срещу рака.
Снимка: iStock
Вдъхновен от тези пробиви, Университетът на Вирджиния създаде през 2022 г. първия в света център за имуноонкология с фокусиран ултразвук, за да подкрепи изследванията в тази област и да насърчи най-обещаващите подходи в клиничната практика. Например, моите колеги провеждат клинично изпитване в центъра, за да тестват използването на фокусиран ултразвук и имунотерапия за лечение на пациенти с напреднал меланом.
Лечение на редки заболявания с фокусиран ултразвук
Изследванията върху фокусирания ултразвук са насочени предимно към най-разрушителните и разпространени заболявания, като рак и болестта на Алцхаймер. Вярвам обаче, че по-нататъшното развитие и по-широкото използване на фокусирания ултразвук в клиничната практика в крайна сметка ще бъде от полза за пациентите с редки заболявания.
Снимка: iStock
Едно рядко заболяване, което представлява особен интерес за моята лаборатория, е церебралната кавернозна малформация или CCM. CCM са лезии в мозъка, които възникват, когато клетките, съставляващи кръвоносните съдове, претърпят неконтролиран растеж. Макар и рядко, когато тези лезии растат и кървят, те могат да причинят инвалидизиращи неврологични симптоми.
Още: Ако правите това - болестта на Алцхаймер не е изключена
Най-честото лечение на CCM е хирургичното отстраняване на мозъчните лезии; обаче, някои CCM се намират в области на мозъка, до които е трудно да се достигне, което създава риск от странични ефекти. Радиацията е друга възможност за лечение, но и тя може да доведе до сериозни нежелани ефекти.
Снимка: iStock
Установихме, че използването на фокусиран ултразвук за отваряне на кръвно-мозъчната бариера може да подобри доставянето на лекарства до CCM. Освен това наблюдавахме, че самото лечение с фокусиран ултразвук може да спре растежа на CCM при мишки, дори без да се прилага лекарство, пише Ричард Джей Прайс.
Още: Почти всеки човек носи този вирус цял живот, без да знае, че е връзка с болестта на Алцхаймер
Въпреки че все още не разбираме как фокусираният ултразвук стабилизира CCM, многобройните проучвания относно безопасността на използването на тази техника при пациенти, лекувани за други състояния, позволиха на неврохирурзите да започнат да разработват клинични проучвания, тестващи използването на тази техника при хора с CCM.
С по-нататъшни проучвания и напредък, имам надежда, че фокусираният ултразвук може да се превърне в жизнеспособна възможност за лечение на много разрушителни редки заболявания, добавя Прайс за "Science Alert".
