Ствол мозга человека контролирует некоторые из наиболее важных функций организма, включая сердцебиение, дыхание, артериальное давление и глотание. Таким образом, рост опухоли в этой части мозга в два раза опаснее. Такой рост может не только нарушить жизненно важные функции, но и работать в этой области настолько рискованно, что многие медицинские работники отказываются рассматривать это как вариант.
Новое междисциплинарное исследование Вашингтонского университета в г. Луи показал способ нацелить доставку лекарств только в эту область мозга с помощью неинвазивных мер, подкрепленных новой технологией: сфокусированным ультразвуком.
Исследование проведено в лаборатории Хун Чена, доцента кафедры биомедицинской инженерии Школы инженерии & Прикладные науки и доцент кафедры радиационной онкологии Медицинской школы Вашингтонского университета. Чен разработал новый способ, с помощью которого ультразвук и его контрастное вещество, состоящее из крошечных пузырьков, можно сочетать с интраназальным введением, чтобы направить лекарство в ствол мозга.
В исследовании участвовали также преподаватели Института радиологии Маллинкродта и кафедра педиатрии Медицинской школы, а также кафедра энергетики и окружающей среды & Химическая инженерия в инженерной школе & Прикладная наука, была опубликована в Интернете на этой неделе и выйдет в сентябре. 28 выпуск Журнала контролируемого выпуска.
Этот метод может приблизить медицину на шаг ближе к лечению заболеваний головного мозга, таких как диффузные врожденные глиомы моста (DIPG), рак мозга у детей с пятилетней выживаемостью всего лишь два процента – мрачный прогноз, который не изменился в течение всего времени. последние 40 лет. (Чтобы добавить перспективу, наиболее распространенный детский рак, острый лимфобластный лейкоз, имеет пятилетнюю выживаемость почти 90 процентов).
"Ежегодно в США регистрируется не более 300 случаев," Чен сказал. "Все детские заболевания редки; к счастью, это еще реже. Но мы не можем подсчитывать числа таким образом, потому что для детей, страдающих этим заболеванием, и их семей это ужасно."
Техника Чена сочетает сфокусированный ультразвук с интраназальной доставкой (FUSIN). При интраназальной доставке используется уникальное свойство обонятельного и тройничного нервов: они могут переносить наночастицы непосредственно в мозг, минуя гематоэнцефалический барьер, препятствующий доставке лекарств в мозг.
Эту уникальную возможность интраназальной доставки продемонстрировали в прошлом году соавторы Рамеш Ралия, научный сотрудник, и Пратим Бисвас, помощник вице-канцлера и председатель Департамента энергетики, окружающей среды & Химическая инженерия и Люси & Профессор Стэнли Лопата в своей публикации 2017 года в журнале Scientific Reports.
"Вначале я даже не мог поверить, что это может сработать," Хун сказал о интраназальной доставке лекарств в мозг. "Я думал, что наш мозг полностью защищен. Но эти нервы на самом деле напрямую связаны с мозгом и обеспечивают прямой доступ к нему."
Хотя доставка лекарств в мозг через нос – огромный шаг вперед, нацелить лекарство на конкретную область пока невозможно. Прицельная ультразвуковая техника Чена решает эту проблему.
При ультразвуковом сканировании контрастное вещество, используемое для выделения изображений, состоит из микропузырьков. Попав в кровоток, микропузырьки ведут себя как красные кровяные тельца, пересекая тело, когда сердце перекачивает.
Добравшись до места, где фокусируется ультразвуковая волна, они делают что-то необычное.
"Они начинают расширяться и сжиматься," Чен сказал. При этом они действуют как насос для окружающих кровеносных сосудов, а также периваскулярного пространства – пространства, окружающего кровеносные сосуды.
"Считайте кровеносные сосуды рекой," Чен сказал. "Обычный способ доставки наркотиков – сбросить их в реку." В других частях тела берега реки немного "дырявый," – сказал Чен, позволяя лекарствам проникать в окружающие ткани. Но гематоэнцефалический барьер, который образует защитный слой вокруг кровеносных сосудов в головном мозге, предотвращает эту утечку, особенно в головном мозге молодых пациентов, таких как пациенты с DIPG.
"Доставим препарат из носа прямо за реку," Чен сказал, "в периваскулярном пространстве."
Затем, как только ультразвук будет применен к стволу мозга, микропузырьки начнут расширяться и сжиматься. Колеблющиеся микропузырьки толкают и тянут, перекачивая лекарство в ствол мозга. Этот метод также решает проблему токсичности лекарств – лекарства попадают непосредственно в мозг, а не циркулируют по всему телу. В сотрудничестве с Юнцзян Лю, доцентом радиологии, и Юань-Чуан Тай, доцентом радиологии, Чен использовал позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ-сканирование), чтобы убедиться, что в основных органах, в том числе легкие, печень, селезенка, почки и сердце.
До сих пор лаборатория Чена успешно использовала свою технику на мышах для доставки нанокластеров золота, созданных командой во главе с Лю.
"Следующим шагом является демонстрация терапевтической эффективности FUSIN в доставке химиотерапевтических препаратов для лечения DIPG," сказал Дэчжуан Е, ведущий автор статьи, который является аспирантом Чэня с факультета машиностроения & Материаловедение. Лаборатория также объединилась с Biswas для разработки нового устройства для назальной доставки аэрозолей, чтобы расширить эту технику с мыши до модели большого животного.
Лаборатория Чена сотрудничала в этом исследовании с детским нейроонкологом Джошуа Рубином, доктором медицины, доктором философии.D., профессор педиатрии медицинского факультета, который занимается лечением пациентов в больнице Св. Детская больница Луи. Чен сказал, что команда надеется применить результаты этого исследования в клинических испытаниях для детей с DIPG.
Впереди есть трудности, но Чен считает, что исследователям нужно будет продолжать вводить новшества, когда дело доходит до решения такой сложной проблемы, как лечение DIPG.
Целенаправленное вдохновение
Лаборатория Хон Чена сотрудничала с Джошуа Рубином, доктором медицины, доктором философии.D., профессор педиатрии Медицинского факультета по этому исследованию. И все началось с того, что однажды пара коллег заговорила:
"Моя работа в этой сфере началась с разговора с ним," Чен сказал. "Он сказал: «Вау, это был бы идеальный метод лечения этой смертельной болезни.«Если бы он не указал мне в этом направлении, я бы, наверное, не знал, что это приложение существует.
"Вот почему я считаю среду Вашингтонского университета и Школу инженерии & Прикладная наука, такая уникальная. Это дает вам так много возможностей работать с людьми из разных слоев общества. Это позволило мне расширить круг моих исследований и получить возможность работать над клинически значимыми вопросами."