Pokud jste rodič, pak jste pravděpodobně na své dítě nejprve položili oči ultrazvukem-technologií, která používá vysokofrekvenční zvukové vlny k prohlížení měkké tkáně. Je to nepopiratelně jeden z Nejoblíbenější zobrazovací nástroje. Ale jeho použití nyní přesahuje jen prenatální péči.
Jedním z nejlepších příkladů je ultrazvuk zaměřený na nízkou intenzitu nebo LIFU, který vydává zvuk při nižších energetických intenzitách než tradiční ultrazvuk. Rychle se objevuje jako bezpečný, levný a neinvazivní přístup pro řadu ošetření. Vědci jsou nejvíce nadšeni o třech slibných využitích pro LIFU, která jsou v současné době studována: získávání drog přes bariéru krve-křemene, zlepšení léčby některých rakovin a řešení určitých psychiatrických stavů.
Vědecký Američan mluvil s Elisa Konofagubiomedicínský inženýr na Columbia University, o Slibující současný výzkum a směr, kterým je pole vede. Konofagou navrhuje ultrazvukové technologie pro lepší zpracování obrazu a signálu a také se specializuje na měření změn tkání, které byly podrobeny terapeutickému ultrazvuku. Často spolupracuje s lékaři na provádění klinických vyšetřování a překládání technologií, které vyvíjí ve své laboratoři, na nastavení skutečného světa.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
(Následuje upravený přepis rozhovoru.)
Kdy si vědci začali uvědomovat, že ultrazvuk zaměřený na nízkou intenzitu má potenciál pro širší škálu zdravotních aplikací?
Ve vědě je papír z roku 1923, kde vědci použili zaměřené ultrazvukové vlny ke zničení bakterií a červených krvinek v žabách. Věděli tedy, že se něco děje s ultrazvukem a biologickými tkáněmi. Ve třicátých letech se začali snažit léčit nervy terapeutickým ultrazvukem a v padesátých letech mozku.
Co vás přitahovalo na pole a přimělo vás, abyste chtěli věnovat svou kariéru studii?
Skutečnost, že je zcela neinvazivní a skutečnost, že jej můžete skutečně soustředit na oblast milimetrů. Je to skoro jako sci -fi pro mě, protože obvykle, pokud chcete zacházet někde hluboko v těle, budete muset provést operaci. V tomto případě můžete jít do velmi malé oblasti hluboko v orgánu bez operace. To zahrnuje mozek. Je to trochu obtížné pochopit, ale LIFU prochází lebkou.
Vaše laboratoř studuje, jak lze LIFU použít k získání drog za bariérou krvavého razie. Můžete mi o té práci říct víc?
Některé z naší práce se zaměřují na dočasné otevření hematoencefalické bariéry, strukturu, která je téměř jako filtr v mozku a neumožňuje procházet molekulami léčiva. Spolupracujeme s farmaceutickými společnostmi, které mají produkty, které nejsou tak účinné, jak se očekává, že jsou zastaveny bariérou krve. Máme tyto malé mikrobarky, které vstřikujeme do krevního řečiště. Jsou navrženy tak, aby rezonovaly na frekvencích ultrazvuku. Používáme je v kombinaci s LIFU, abychom mechanicky zapojili krevní cévy do bariéry krve-chvění. To uvolní plavidla, aby léky mohly projít.
Snažíme se například použít tuto metodu pro léčbu Alzheimera. Jiní otevřeli hematoencefalickou bariéru, aby umožnila protilátku, jejímž cílem je snížit beta amyloid, plaky, které se tvoří v mozcích lidí s nemocí, s cílem zvýšit jak dávku protilátky, tak objem mozku, která dostává léčbu. Bylo zjištěno, že objem beta amyloidu se snižuje s objemem otevření, a tedy dávka přijaté protilátky. Ale i bez léčby protilátky naše skupina zjistila, že otevření bariéry krve-mozku se zaměřeným ultrazvukem samotným indukuje vnitřní imunitní odpověď v mozku, která snižuje beta amyloid a tau. Existuje tedy několik cest, které využívají ultrazvuk pro Alzheimerovy choroby, které stojí za to prozkoumat dále.
Slyšel jsem, že podobný přístup lze také použít pro cílenější léčbu rakoviny?
Ano, to je také velmi zajímavý aspekt toho, jak můžete používat LIFU. Velmi podobné způsobu, jakým léky pro Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy a další neurodegenerativní onemocnění neproniknou mozkem v dostatečné terapeutické dávce, léky na rakovinu nemohou adekvátně dosáhnout nádorů v mozku.
Naše skupina byla například první, která použila LIFU pro otevření bariéry krve a doručení léků pro léčbu difúzních vnitřních pontinových gliomů, což je vzácný typ mozkového nádoru, který je 100 % smrtící do jednoho roku u pediatrických pacientů. Ve věku šesti až 17 let jsme léčili šest pacientů ve věku šesti až 17 let ve studii bezpečnosti zveřejněné.
Pacienti byli zpočátku oslabováni kvůli výskytu nádoru v oblasti jejich mozků zodpovědných za mobilitu. Přestože jsme nebyli schopni prokázat kontrolu nádoru, dokázali jsme prokázat, že pacienti vykazovali vyšší lehkost a pohodlí pohybem ihned po léčbě. To je důležité, protože u těchto pacientů zlepšuje kvalitu života. Jsou schopni se nakrmit, hrát si na svém iPadu a obejmout své rodinné příslušníky. Příští měsíc zahájíme druhou studii párování LIFU s obecným lékem, abychom určili, zda tato kombinace má za následek lepší kontrolu nádoru.
Znáte většinu psychiatrické práce, která se děje s LIFU?
Ano, psychiatrické aplikace se zdají ještě více jako sci -fi! Máte jen ultrazvuk sahající do mozku – takže žádné bubliny, žádné drogy, jen to znějí. Ultrazvuk aktivuje neurony a další typy mozkových buněk, jako jsou mikroglie a astrocyty, které jsou v podstatě tam, aby udržovaly mozek zdravý. Buňky reagují na tyto mechanické vlny a jejich konektivita se mění. Ve velmi laickém smyslu ultrazvuk dočasně převine mozek. Je zapotřebí dalšího výzkumu o tom, jak to funguje, ale myslíme si, že opakování pomáhá buď stimulovat nebo inhibovat mozkové obvody, o nichž je známo, že má příznivé účinky při léčbě takových podmínek.
Zdá se, že na to reagují některé psychiatrické poruchy. Obsedantně-kompulzivní porucha je ta, kterou známe, která nejvíce odpovídá. Někteří lidé jsou také při pohledu na poruchy úzkosti Zaměření ultrazvuku na amygdalu. .
Také jsme viděli, že otevřením bariéry krva-rafního můžete stimulovat samotný mozek a mít to, co se nazývá neuromodulační důsledky. Díváme se na to pro léčbu deprese a pocitu bolesti. Naše laboratoř se také dívá na použití LIFU k léčbě bolesti periferním nervovým stimulací mimo mozek a míchu. Místo léčby mozku ošetřujete oblast nervu, která způsobuje pocit bolesti. Ve spolupráci s neurochirurgy v Columbii jsme ukázali, že LIFU může u pacientů s syndromem karpálního tunelu zmírnit několik dní. Pracujeme také s lidmi s nádory neuropatie a nervů.
Jaké jsou další výhody pro pacienty kromě toho, že tato technologie není invazivní, jaké jsou další výhody?
Je to velmi přenosné. To znamená, že můžeme léčit pacienta, na rozdíl od přijetí pacienta k léčbě. To je velká výhoda zejména pro starší pacienty a pacienty s Alzheimerovou chorobou. Být přenosný také znamená, že je to mnohem méně nákladné, protože nemusíte mít techniky, kteří to udržují.
Jaké jsou podle vašeho názoru největší výzvy pro posun pole vpřed?
Největší výzvou je přesvědčování FDA, že LIFU je bezpečný, a poté přimět praktikující, aby jej snadněji používali. Dobrou zprávou je, že ultrazvuk zaměřený na vysokou intenzitu (HIFU) byl schválen a v USA získal úhradu za léčbu rakoviny prostaty a základních třesů. (HIFU používá vyšší hladiny energie ke zničení cílené tkáně, jako jsou nádorové buňky.) LIFU jen stimuluje tkáň, takže je bezpečnější než HIFU, která ablační tkáň. Ale je to novější, takže musíme přimět FDA, aby ji přijala.
Kde doufáte, že pole bude pokračovat s LIFU?
V budoucnu si myslím, že nemocnice budou mít terapeutické ultrazvukové apartmá, kde můžete získat léčbu pro jakoukoli aplikaci, kterou potřebujete – ať už to usnadňuje a zvyšuje dávku léku v cílové oblasti nebo léčí náladu a psychiatrické poruchy.
