Исследователи Columbia Engineering разработали новую технику достижения нейронов через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и безопасной и неинвазивной доставки лекарств. До сих пор ученые думали, что необходимы длинные ультразвуковые импульсы, которые могут нанести побочный ущерб. Но в этом новом исследовании команда Columbia Engineering показала, что чрезвычайно короткие импульсы ультразвуковых волн могут открыть гематоэнцефалический барьер – с дополнительными преимуществами безопасности и равномерной молекулярной доставки – и что молекула, вводимая системно, может достигать и выделять целевые нейроны неинвазивно.
Исследование, проведенное под руководством Элизы Конофагу, доцента кафедры биомедицинской инженерии и радиологии, будет опубликовано в онлайн-издании «Труды Национальной академии наук» на неделе 19 сентября 2011 г.
«Это большой шаг вперед», – говорит Конофагу. “Разрушительные болезни, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, от которых страдают миллионы людей, в настоящее время серьезно не лечатся. Мы надеемся, что наше новое исследование откроет новые возможности для их искоренения.”
Высокоспецифичная доставка лекарств к органам человека необходима для эффективного лечения многих заболеваний. Но мозг представляет собой сложную проблему: у него есть уникальная сосудистая система – гематоэнцефалический барьер – которая действует как закрытая дверь, препятствующая проникновению посторонних молекул. Хотя он защищает мозг от потенциально токсичных веществ, он также предотвращает доставку терапевтических препаратов в мозг. Поскольку многие молекулы не могут пересекать ГЭБ, доступные методы лечения пациентов с неврологическими расстройствами сильно ограничены. Конофагу и ее команда сосредоточены на том, чтобы дверь открылась достаточно, чтобы безопасно добраться до тех клеток, которые необходимо лечить.
Конофагу и ее команда разработали метод сфокусированного ультразвука, который может воздействовать только на ту область гиппокампа, которая поражена на ранней стадии болезни Альцгеймера. В этом исследовании они использовали микропузырьки для усиления предполагаемого механического эффекта и МРТ с высоким полем для обнаружения и картирования области открытия ГЭБ, а также количественной оценки проницаемости открытого ГЭБ. Они также использовали флуоресцентную конфокальную микроскопию для визуализации молекулярной диффузии и усиления нейронов в трехмерном пространстве, чтобы идентифицировать как выделенные нейроны, так и их сеть.
Планируется больше тестов с терапевтическими лекарственными препаратами. Команда Конофагу показала, что терапевтические молекулы запускают нисходящие эффекты после диффузии через гематоэнцефалический барьер, начиная с клеточной мембраны и заканчивая ядром. Они также раскрывают механизм открытия, который включает стабильные колебания или схлопывание пузыря, причем первый из них является предпочтительным механизмом, поскольку он есть? полностью контролируется давлением и размером микропузырьков.
Было показано, что гематоэнцефалический барьер восстанавливается в пределах от трех часов до трех дней в зависимости от используемых выше параметров. Группа Конофагу также недавно сообщила, что транскраниальное нацеливание человека на гиппокамп, хвостатую часть и скорлупу в человеческом мозге возможно как в моделировании, так и в экспериментах in vitro, что открывает путь к клиническому применению.