По данным исследования биоинженеров Вашингтонского университета, финансируемого NIBIB, с помощью метода ультразвуковой визуализации, называемого пассивной кавитационной визуализацией, можно было создать изображение и оценить количество лекарства, которое преодолело гематоэнцефалический барьер и достигло определенного места в мозге. Этот метод отслеживает активность микропузырьков, микроскопических пузырьков, которые помогают создавать более четкие ультразвуковые изображения с использованием детекторов для оценки их воздействия на различные биологические структуры – в данном случае на мозг.
Мозг отвечает за самые жизненно важные функции человека; Таким образом, мозг защищает себя плотной для проникновения границей, называемой гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). Однако бывают случаи, когда лечение заболеваний должно выходить за рамки ГЭБ, чтобы вылечить болезнь, поразившую мозг.
«Исследователи разрабатывают неинвазивные подходы с использованием микропузырьков и сфокусированных ультразвуковых волн для кратковременного нарушения гематоэнцефалического барьера (FUS-BBBD)», – объясняет Рэнди Кинг, доктор философии.D., директор программы по ультразвуку в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB). “По мере того, как разрабатываются новые методы проникновения через ГЭБ, нам нужны дополнительные методы для мониторинга доставки лекарств, чтобы гарантировать их безопасную доставку к очагам заболевания головного мозга.”
Хонг Чен, доктор философии.D., доцент кафедры биомедицинской инженерии и радиационной онкологии Вашингтонского университета в г. Луис объяснил, что FUS-BBBD достигается путем концентрации или фокусировки звуковых волн, излучаемых устройством, называемым преобразователем, в определенном месте. Чен сравнил эту концепцию со сфокусированным солнечным светом, проходящим через увеличительное стекло, с локализованным пятном. В FUS ультразвуковые волны концентрируются с помощью специально разработанных ультразвуковых генераторов и помогают сфокусировать отверстие BBB в определенном месте мозга.
Микропузырьки можно вводить в кровоток для усиления воздействия ультразвуковых волн на кровеносные сосуды, тем самым открывая ГЭБ в локализованном месте. Исследователи могут хранить лекарства для лечения внутри микропузырьков. Давление, создаваемое ультразвуковыми импульсами, может вызвать расширение, сжатие и, в конечном итоге, разрушение микропузырьков в кровотоке. Когда микропузырьки ломаются в кровеносных сосудах ГЭБ, создаваемое давление мягко массирует кровеносные сосуды и делает их проницаемыми для лекарств, вводимых в кровоток или переносимых микропузырьками.
Чтобы отследить количество и местоположение лекарства, доставляемого FUS-BBBD, ученые пометили наночастицы радиоактивным индикатором и ввели их в кровоток после лечения FUS. Затем были использованы изображения позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и компьютерной томографии (КТ) для измерения и визуализации точного количества и местоположения наночастиц в головном мозге, соответственно.
«Предостережения к использованию изображений ПЭТ / КТ связаны с радиоактивным облучением и более высокими затратами», – пояснил Чен. Команда хотела найти более дешевый и безопасный способ отслеживать, куда уходят наркотики после того, как они пересекают ГЭБ, поэтому они исследовали метод, называемый окраской кавитационной дозы, с помощью пассивной кавитационной визуализации (PCI). Исследование опубликовано в Scientific Reports.
Яохэн Ян, ведущий автор исследования и аспирант Вашингтонского университета, объяснил, что ЧКВ отслеживает поведение микропузырьков в ультразвуковом поле и не полагается на радиоактивные частицы, такие как изображения ПЭТ / КТ. Запись динамического поведения крошечных пузырьков позволяет исследователям создать подробное изображение, которое может отслеживать местоположение и количество препарата во время лечения FUS-BBBD. Но оставался вопрос, будут ли изображения PCI коррелировать с изображениями ПЭТ / КТ.
«Наши результаты продемонстрировали попиксельную корреляцию между изображениями PET и PCI», – заявил Чен. Чен надеется, что этот прогресс в области визуализации подтолкнет сферу доставки лекарств к более точной медицине. Команда называет новую технику кавитационной дозовой окраской, потому что она похожа на «рисование по номерам» для доставки лекарств.
С новым 1 долларом Чена.Грант в размере 6 миллионов от NIBIB, она планирует полностью интегрировать ЧКВ с FUS-BBBD, чтобы врач полностью контролировал доставку лекарств. «С нашей новой техникой мы можем точно предсказать, куда пойдет лекарство и сколько его будет высвобождено, когда оно попадет туда. Это помогает нам свести к минимуму воздействие препарата, наносящего вред здоровым частям мозга, и избежать неэффективного лечения, когда недостаточно препарата достигает намеченной цели », – заявил Чен.