阿爾茨海默氏癥和癌癥可能很快就會用我們聽不到的聲音來治療

頻率高于人類聽覺閾值的聲波是常規(guī)用于醫(yī)療保健.

這些聲波也稱為超聲波，可以幫助臨床醫(yī)生診斷和監(jiān)測疾病，還可以讓您第一眼了解您最新的家庭成員。

而現(xiàn)在，病情不等的患者從癌癥到神經(jīng)退行性疾病喜歡阿爾茨海默氏癥可能很快就會從這項技術(shù)的最新進(jìn)展中受益。

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我是一個生物醫(yī)學(xué)工程師誰研究如何聚焦超聲– 將聲能集中到特定體積中 – 可以微調(diào)以治療各種情況。

在過去的幾年里，這項技術(shù)在臨床上取得了顯著的發(fā)展和應(yīng)用。研究人員不斷發(fā)現(xiàn)使用聚焦超聲治療疾病的新方法。

聚焦超聲簡史

產(chǎn)生超聲波使用含有將電流轉(zhuǎn)換為振動的材料的探頭，反之亦然。當(dāng)超聲波穿過身體時，它們會從不同類型組織的邊界反射。探頭檢測這些反射并將它們轉(zhuǎn)換回電信號，計算機可以使用這些信號創(chuàng)建這些組織的圖像。

80 多年前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將這些超聲波聚焦成大約一粒米粒大小的體積可以加熱并破壞腦組織。這種效果類似于用放大鏡集中陽光來點燃干燥的葉子。

早期的研究人員開始測試聚焦超聲如何治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病、疼痛，甚至癌癥.

然而，盡管有這些早期發(fā)現(xiàn)，但在臨床上應(yīng)用聚焦超聲仍存在技術(shù)障礙。例如，由于頭骨吸收超聲波能量，因此發(fā)送能量足夠高的聚焦束以到達(dá)受損的腦組織被證明是困難的。

研究者最終克服了這個問題通過將大型超聲換能器陣列（在電信號和振動之間轉(zhuǎn)換的探頭）與有關(guān)顱骨形狀和密度的基于圖像的信息集成在一起。這一變化使研究人員能夠更好地根據(jù)目標(biāo)微調(diào)光束。

直到近年來科學(xué)家們在成像技術(shù)和聲學(xué)物理方面取得重大進(jìn)展后，超聲波的前景才在臨床上實現(xiàn)。數(shù)百項臨床試驗旨在治療數(shù)十種疾病的研究已經(jīng)完成或正在進(jìn)行中。

研究人員在一種名為特發(fā)性震顫，這會導(dǎo)致不受控制的顫抖，通常是手的顫抖。特發(fā)性震顫的聚焦超聲治療現(xiàn)在在許多地點常規(guī)執(zhí)行世界各地。

我相信聚焦超聲的一些最令人興奮的應(yīng)用包括改善大腦的藥物輸送、刺激針對癌癥的免疫反應(yīng)以及治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)的罕見疾病。

將藥物輸送到大腦

這血腦屏障是進(jìn)化論讓有毒物質(zhì)遠(yuǎn)離這個最關(guān)鍵器官的精致解決方案。血腦屏障由血管內(nèi)部排列的非常緊密連接的細(xì)胞組成。

它只允許某些類型的分子進(jìn)入大腦，防止病原體和毒素。然而，血腦屏障在治療疾病時存在問題，因為它會阻止治療達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

20 多年前，開創(chuàng)性的研究確定，發(fā)送低強度聚焦超聲脈沖可以暫時打開血腦屏障通過引起血管中的微氣泡振蕩。

這種振蕩推拉周圍的血管壁，短暫地打開微小的孔隙，使血液中的藥物能夠滲透到大腦中。至關(guān)重要的是，血腦屏障僅在應(yīng)用聚焦超聲的地方打開。

經(jīng)過多年測試該技術(shù)的安全性并改進(jìn)對超聲能量的控制，研究人員開發(fā)了幾種使用聚焦超聲打開血腦屏障進(jìn)行治療的設(shè)備。

臨床試驗測試這些設(shè)備將藥物輸送到大腦以治療以下疾病的能力膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,腦轉(zhuǎn)移和阿爾茨海默病正在進(jìn)行中。

與此同時，在開發(fā)針對多種腦部疾病的基因療法方面取得了重大進(jìn)展。基因治療涉及修復(fù)或更換有缺陷的遺傳物質(zhì)以治療特定疾病。

將基因療法應(yīng)用于大腦尤其具有挑戰(zhàn)性，因為此類療法通常不會穿過血腦屏障。

動物研究表明，使用聚焦超聲打開血腦屏障可以促進(jìn)基因療法的交付到達(dá)大腦中的預(yù)期目標(biāo)，為在人類身上測試這項技術(shù)打開了大門。

刺激針對癌癥的免疫反應(yīng)

癌癥免疫療法指導(dǎo)患者自身的免疫系統(tǒng)對抗疾病。然而，許多患者——尤其是那些患有乳腺癌、胰腺癌和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的患者——的腫瘤免疫學(xué)上“冷”，這意味著它們對傳統(tǒng)免疫療法沒有反應(yīng)。

研究人員了解到，聚焦超聲可以破壞實體瘤，從而使免疫系統(tǒng)能夠更好地識別和破壞癌細(xì)胞.

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聚焦超聲做到這一點的一種方法是將腫瘤變成碎片，然后真正流向淋巴結(jié)。一旦淋巴結(jié)中的免疫細(xì)胞遇到這些碎片，它們就可以啟動針對癌癥的免疫反應(yīng)。

受這些突破的啟發(fā)，弗吉尼亞大學(xué)開始了世界上第一個聚焦超聲免疫腫瘤中心2022 年支持該領(lǐng)域的研究，并將最有前途的方法推向臨床。

例如，我的同事是開展臨床試驗在中心測試使用聚焦超聲和免疫療法治療晚期黑色素瘤.

用聚焦超聲治療罕見疾病

聚焦超聲的研究主要集中在最具破壞性和最普遍的疾病上，例如癌癥和阿爾茨海默病。然而，我相信聚焦超聲在臨床上的進(jìn)一步發(fā)展和使用增加最終將使罕見病患者受益。

我的實驗室特別感興趣的一種罕見疾病是腦海綿狀血管畸形，或 CCM.CCM 是大腦中的病變，當(dāng)構(gòu)成血管的細(xì)胞不受控制地生長時就會發(fā)生。雖然不常見，但當(dāng)這些病變生長和出血時，它們會導(dǎo)致使人衰弱的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀.

CCM 最常見的治療方法是手術(shù)切除腦部病變;然而，一些 CCM 位于難以進(jìn)入的大腦區(qū)域，從而產(chǎn)生副作用的風(fēng)險。放射治療是另一種治療選擇，但它也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)。

我們發(fā)現(xiàn)，使用聚焦超聲打開血腦屏障可以改善向 CCM 的藥物輸送.此外，我們還觀察到聚焦超聲治療本身可以阻止 CCM 增長在小鼠中，即使不給藥。

雖然我們還不了解聚焦超聲如何穩(wěn)定 CCM，對安全性的豐富研究在接受其他疾病治療的患者中使用這種技術(shù)，使神經(jīng)外科醫(yī)生能夠開始設(shè)計臨床試驗，測試該技術(shù)在 CCM 患者身上的使用。

隨著進(jìn)一步的研究和進(jìn)步，我希望聚焦超聲能夠成為許多毀滅性罕見疾病的可行治療選擇。

理查德·普萊斯，生物醫(yī)學(xué)工程教授，弗吉尼亞大學(xué)

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