Голограммы, разработанные группой исследователей из UPV и CSIC, позволяют избирательно, эффективно и целенаправленно открывать гематоэнцефалический барьер, облегчая введение терапевтических препаратов для лечения патологий, поражающих центральную нервную систему.

Как объяснил Франсиско Камарена, научный сотрудник Института приборостроения для молекулярной визуализации, совместного центра UPV и CSIC, сфокусированные ультразвуки обладают большим потенциалом для лечения неврологических заболеваний благодаря их способности оказывать терапевтическое воздействие точным и неинвазивным образом. . «Однако применение их к структурам центральной нервной системы затруднено из-за двух препятствий: эффектов аберрации и ослабления черепа и сложного и обширного пространственного распределения глубоких структур мозга», — указал Камарена.

Акустические голограммы , разработанные исследователями UPV и CSIC, позволяют более контролируемо открывать гематоэнцефалический барьер, чем это достигается исключительно с использованием ультразвука . Самое главное, они могут исправить аберрации, внесенные черепом. В то же время они могут генерировать ультразвуковой мультифокальный пучок в особо важных структурах мозга.

«Благодаря нашим голограммам ультразвуковой луч фокусируется и адаптируется двусторонне и очень точно к частям мозга, которые представляют большой терапевтический интерес, например, к двум ядрам, состоящим из гиппокампа, связанному с болезнью Альцгеймера и причудливая трехмерная форма», — добавил Ноэ Хименес, исследователь Хуана де ла Сьервы из UPV.

Это первый случай, когда гематоэнцефалический барьер был открыт одновременно в двух полушариях. Кроме того, команда UPV-CSIC-Columbia University добилась этого с разрешением, намного превосходящим стандарт. Это позволяет лучше определять область для лечения, сводя к минимуму объем здоровой ткани головного мозга, на который нацелен ультразвук, и одновременно снижая стоимость и время операции.

Как это работает?

Ультразвуковой преобразователь похож на динамик, но вибрирует с частотой полмиллиона колебаний в секунду. Голограмма помещается перед ним, и волна пересекает ее. В то же время конус, наполненный водой, соприкасается с черепом, через который волна распространяется, прежде чем достичь мозга пациента. Затем волна проходит через мозг, наконец, фокусируясь на области мозга, представляющей терапевтический интерес. Кроме того, в кровоток вводятся микропузырьки. Когда пузырьки достигают капилляров мозга и совпадают с ультразвуком, они начинают вибрировать. Эпителиальная ткань гематоэнцефалического барьера начинает поддаваться, и тогда открываются небольшие трещинки, через которые проходят молекулы лекарств для лечения патологии, поражающей центральную нервную систему.

Персонализированные и недорогие голограммы

Голограмма печатается и настраивается для каждого случая на 3D-принтере. «Например, предположим, что врачу нужно сделать УЗИ миндалевидного тела пациента. Для этого они предоставят нам компьютерную томографию и МРТ головы пациента, на основании которых они определят и сегментируют область лечения. на основе этой информации мы разрабатываем голограмму, необходимую для получения ультразвукового изображения интересующей области», — пояснил Серхио Хименес, врач UPV и в настоящее время сотрудник группы из Колумбийского университета, который также отметил низкую стоимость голограмм, чья стоимость будет варьироваться от 40 до 300 евро, в зависимости от медицинского применения.

Исследование опубликовано в IEEE Transactions on Biomedical Engineering. В настоящее время группа исследователей из UPV, CSIC и Колумбийского университета работает над проверкой этой новой технологии для открытия гематоэнцефалического барьера у нечеловеческих приматов. Команда разрабатывает первые протоколы экспериментов на людях для лечения опухолей головного мозга и проведения исследований нейростимуляции мозга.