Hanghullám agyi kezelések

Az ultrahang használata nem invazív és újszerű módszerré válhat az agytevékenység nyomon követésére.

hanghullám

  • írta Emily Singer | fordította: Francisco Reyes (Opinno)
  • 2009. június 4

Az ultrahanghullámokat, amelyeket manapság prenatális vizsgálatokhoz és egyéb diagnosztikához használnak, egy napon nem invazív módszerként lehetne használni az agy aktivitásának monitorozására. Az elmúlt két évben a tudósok kísérletezni kezdtek alacsony intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahanggal, amely képes behatolni a koponyába és aktiválni vagy elnémítani az agysejteket. A kutatók remélik, hogy ez a technológia az invazívabb technikák alternatívájaként szolgál, mint például a mély agyi stimuláció (DBS) és a vagus idegi stimuláció, amelyeket egyre több neurológiai rendellenesség kezelésére használnak.

"Miután az emberek kitalálták, mit tehetnek a DBS-szel és a vagus idegstimulációval, úgy gondoljuk, hogy leválaszthatjuk ezeket az eszközöket, és a tevékenységet a testen kívülről irányíthatjuk" - mondja William (Jamie) Tyler, az arizonai Állami Egyetem idegtudósa, Tempe. Tyler éppen a SynSonix nevű céget alapította ennek a technológiának a forgalmazására.

Az agyi rendellenességek kezelésére használt eszközök népszerűsége nőtt az elmúlt években. A Parkinson-kór, a disztónia és a rögeszmés kényszeres rendellenességek kezelésére használt ECP egy beültetett elektróda révén elektromos sokkot okoz az agyban. Az invazív jellege miatt azonban a DBS csak súlyos esetekben alkalmazható, amelyek gyógyszeres kezeléssel nem kezelhetők. Kevésbé invazív technika a transzkranialis mágneses stimuláció (TMS), amelynek során a fej fölé elektromos tekercset helyeznek, amely mágneses teret generál. Ez a mező áthalad a koponyán, és aktiválja az alatta lévő agyidegsejteket. A TMS-t a klinikai depresszió kezelésére használják, bár csak az agy legfejlettebb területeire képes.

"Az ultrahangnak köszönhetően sokkal jobb a térbeli fókuszunk, mint a DBS-sel" - mondja Tyler. "És a TMS-sel ellentétben az agy bármely területére eljuthatunk." Az ultrahangot - amely 20 kilohertznél nagyobb frekvenciájú hanghullámokból áll - évtizedek óta használják az orvostudományban izmok, szervek és magzatok képeinek létrehozására. Az elmúlt öt évben az ultrahang-energiát fókuszáló eszközök fejlesztése lehetővé tette ablációs eszközként való alkalmazását: manapság a sebészek nagy intenzitású, nagy frekvenciájú ultrahangot (HIFU) használnak, hogy lényegében megégessék és eltüntessék a méh miómait. A HIFU-t klinikai vizsgálatokban agydaganatok, melldaganatok és prosztatarák kezelésére is használják.

Ugyanezek az eszközök lehetővé teszik a tudósok számára, hogy ultrahangot alkalmazzanak az agy megfigyelésére. Az akusztikus hullámokat létrehozó ultrahang-átalakítók fejlesztései lehetővé teszik az ultrahang-energia pontosabb fókuszálását. Az ultrahanggal kombinálva alkalmazott mágneses rezonancia képalkotás (MRI) lehetővé teszi a sebészek számára, hogy pontosabban megcélozzák a test meghatározott területeit. "Az ultrahang fókuszának és az MRI [mágneses rezonancia képalkotás] útmutatásainak összehangolása nagyon hatékony." - mondja Neal Kassell, a Charlottesville-i Virginia Egyetem idegsebésze és a Focused Ultrahangos Sebészeti Alapítvány elnöke, egy Charlottesville alapú nonprofit szövetség, amelyet új fókuszált ultrahang-alkalmazások fejlesztésére alapítottak.

Az ultrahang agyba jutásának egyik kihívása az, hogy a hullámokat ellenőrzött módon juttassa át a koponyán. Jellemzően az ultrahang a megahertz-gigahertz tartományban működik - olyan frekvenciák, amelyek simán átjutnak a lágyrészeken, de csontokat cseppfolyósítanának. (Mivel a csont elnyeli a hanghullám energiáját, ez felmelegszik.) A bostoni Birgham Női Kórház kutatói megállapították, hogy a legjobb, ha egy megahertznél kisebb ultrahang-frekvenciát használnak, bár negatív: alacsonyabb a frekvencia, annál nehezebb az energiát az agy egy adott pontjára összpontosítani.

Az elmúlt évben azonban a tudósok némi sikert értek el a probléma megoldásában. CT-felvételek és MRI-k részletes agyi képeinek felhasználásával a tudósok pontosabban kiszámíthatják, hogyan fókuszálják a hanghullámokat - mondja Seung-Schik Yoo, a Harvard Orvosi Egyetem és a Brigham Női Kórház idegtudománya. Egy még publikálatlan tanulmányban Yoo és munkatársai kimutatták, hogy az alacsony intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang sikeresen elnyomhatja a nyúlagy vizuális aktivitását, valamint szelektív reakciókat válthat ki a motoros kéregben. "Figyelembe vesszük a hormonok vagy a neurotranszmitterek modulációjának képességét is, amely alkalmazást találhat pszichiátriai rendellenességek, elhízás és függőség esetén" - mondja Yoo.

A PLoS ONE folyóiratban tavaly megjelent tanulmányban Tyler kimutatta, hogy az alacsony intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang aktiválhatja az idegsejtek membránjában elhelyezkedő csatornákat az agyszövet egy részén, és ezáltal a sejtek elektromos üzeneteket küldhetnek az idegi áramkörön keresztül . Azóta Tyler ultrahang segítségével stimulálhatja a motoros kéreget és mozgást okozhat élő egerekben. Ezt a tanulmányt még nem tették közzé.

A kutatók remélik, hogy végül a HIFU számára kifejlesztett eszközöket használhatják ebben az új alkalmazásban. Egyes műszergyártó vállalatok fázissoros típusú ultrahang-átalakítók sorozatát fejlesztették ki, amelyek lehetővé teszik az ultrahangenergia pontosabb fókuszálását, és amelyeket jelenleg tesztelnek az agydaganatok eltávolítására. "A koponya egyedi anatómiájától függően programozhatja az ultrahang berendezéseket olyan elemek elgyújtására, amelyek helyenként és méretben jól körülhatárolt nyalábot terjesztenek, és amelyek az egyes betegektől függően testre szabhatók" - mondja Yoo.

Mivel a fókuszált ultrahang napjainkban széles körben alkalmazott technika, a kutatók bizakodóak abban, hogy a klinikai vizsgálatok során nem kerül túl sok akadályba. "A neurológusok és az idegsebészek számára ez egy nagyon jól bevált technika" - mondja Tyler. "A biztonsági margók jól ismertek." Kassell hozzáteszi: "Azt hiszem, könnyebb lesz jóváhagyni [mint a HIFU-nál], mivel a fókuszált ultrahang nyomása kisebb, mint amit az agy kap a transzkranialis Doppler-től, egy diagnosztikai eszköztől, amelyet az erek ellenőrzésére használnak. az agyban agyvérzés és agyvérzés után. "

Kassell szerint az alapítvány leginkább az alacsony intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang alkalmazásával érdekelt a műtéti eljárások tervezésénél. Epilepsziás betegeknél a sebészek használhatják a technológiát, hogy ideiglenesen elhallgattassák az agyszövet azon területét, amelyről azt gondolják, hogy felelős a rohamok okozásáért, megerősítik a helyes helyet, majd a HIFU segítségével ablációra lépnek.

Tylert jobban érdekli a fókuszált ultrahang alkalmazása a Parkinson-kór kezelésében. "Mivel ez nem invazív, előfordulhat, hogy a betegeket még a betegség előrehaladása előtt kezelhetjük" - mondja. "Jelenleg azok a betegek a legsúlyosabb esetek, akiket DBS-sel kezelünk."

Bár ezek a kezdeti eszközök szorosan hasonlítanának az MRI-gépek kicsinyített változatára, a Parkinson-kórban szenvedő betegek kezeléséhez implantációra alkalmas vagy hordható eszköz használata szükséges, amely állandó stimulációt képes létrehozni. Tyler csapata rugalmas ultrahang-jelátalakítókon dolgozik, amelyeket be lehet ültetni a koponya tetejére, vagy sapka alakúak lehetnek.

Még nem világos, hogy az ultrahang miként generál elektromos aktivitást az idegsejtekben, bár vannak olyanok, akik úgy gondolják, hogy a hőhullámok okozzák a hanghullámokat. Tyler azonban rámutat, hogy bizonyítékok vannak arra, hogy a neuronok mechanikus energián keresztül aktiválódnak. Korábbi tanulmányok valójában azt mutatják, hogy az agy elektromos aktivitását szabályozó idegi csatornák mechanikus nyomással aktiválhatók. "Amiről azt gondoljuk, hogy valamilyen mikrokavitációs hatás, például sugárzás vagy stressz érinti az idegsejtek aktivitását szabályozó csatornákat" - mondja.