Az agy megannyi betegség forrása. Ezek kezelése során felmerülhet az agyműködés megváltoztatásának igénye, akár műtéti, akár gyógyszeres úton. Az agyhoz azonban nehéz gyógyító szándékkal hozzáférni, hiszen fizikailag a koponya, biokémiailag pedig a vér-agy gát védelmezi. Ezeken átjutni nem csak nehéz, de veszélyes feladat is. Egy ultrahangos technika azonban lehetőséget adhat arra, hogy az orvosok megkerüljék ezeket a korlátokat. A fókuszált ultrahangos ingerlés egy feltörekvő módszer, ami forradalmasíthatja a terapeutikus célú agyi beavatkozások folyamatát.
Az ultrahang orvosi alkalmazásának rövid története
Az ultrahangos képalkotás alapjait a 40-es években fektették le, és már ekkor felvetődött orvosi alkalmazásának lehetősége. A 40-es évek végére már az agykamrák vizualizálásától a belek vastagságának feltérképezéséig sokféleképp hasznosították a módszert. Az ötvenes évek végére olyan tanulmányok is napvilágot láttak, melyekben a fókuszált ultrahang agyra gyakorolt hatásait vizsgálták. Ezekben a korai tanulmányokban jellemzően a koponyán fúrt lyukon keresztül ingerelték az agyat. Mivel a koponyát ehhez a beavatkozáshoz is fel kellett nyitni, előnybe kerültek a nagyobb precízióval végezhető műtéti beavatkozások, az ultrahangos ingerlés pedig háttérbe szorult.
A XXI. század hajnalán azonban megjelent a fázisvezérlés, ami gyakorlatilag teljes kontrollt adott a mérnököknek különféle hullámok létrehozásában és irányításában. Emellett a mágneses rezonanciás képalkotás azt is lehetővé tette, hogy az agy egyéni felépítését nagy részletességgel felderítsék az orvosok. A két módszer ötvözésével egyrészt lehetővé vált nagy pontossággal meghatározni az ultrahang fókuszpontjának szükséges pontját egy beavatkozás során. Másrészt az ultrahangos ingerlés hőmérséklet-emelkedést előidéző hatása is követhetővé vált az MRI segítségével, így a koponya zavaró hatásából következő torzításokat is lehetővé vált korrigálni. Ha nem megfelelő helyen melegít a FUS, akkor a fázisvezérléssel meg kell változtatni a fókuszt. A fázisvezérlés és az MRI tehát együttesen tették lehetővé, hogy beköszöntsön az ultrahang hullámok fókuszálásának egy új korszaka.
A fókuszált ultrahangban rejlő lehetőségek
Az ultrahangos eljárások a legbiztonságosabb orvosi diagnosztikai módszerek közé tartoznak. Az ultrahangos képalkotás lényege például az, hogy a hanghullámok különbözőképpen viselkednek eltérő sűrűségű anyagokban. Emiatt alkalmasak arra, hogy feltárják a szervezet belső struktúráját.
A fókuszált ultrahangtól viszont direkt biológiai hatásokat várhatunk. A hanghullámokat egy pontba fókuszálják valamilyen hajlított felület vagy lencse révén, így abban a pontban maximális a nyomás, míg a tér többi részén elhanyagolható. Ezen a ponton jelentős mechanikai és hőhatások jelennek meg. A hőhatás elsősorban a sejtek elölését teszi lehetővé, hiszen amint 56 fok fölé emelkedik a helyi hőmérséklet, a sejt másodperceken belül elpusztul. Ezt a megközelítést thermoablációnak nevezik és már a méhben, herékben, mellekben és a májban kialakult tumorok elpusztítására is engedélyezték az USA-ban.
A fókuszált ultrahang különböző vegyületek agyvelőbe juttatását is segítheti. Az agy kémiai befolyásolása már számtalan esetben bizonyult hasznosnak, azonban a vér-agy gát jelentősen korlátozza az ebben rejlő lehetőségeket. A vér-agy gátat elsősorban az agyi kapillárisok fala és az agy gliasejtjei képzik, és a legtöbb nagyobb méretű molekula számára átjárhatatlan. A fókuszált ultrahangos ingerlés a kavitáció révén nyithatja fel a vér-agy gátat időlegesen.
A kavitáció során apró légbuborékok jönnek létre a fókuszpontban, amikben a megfelelő frekvenciával ismétlődő szűkülés-tágulás ciklusokat lehet előidézni. A buborékok megfelelő mértékű kitágulása felnyithatja a kapillárisok falát, és így a kapillárisokban lévő anyagok átjuthatnak a vér-agy gáton.
Thermoabláció
Az abláció célja általánosságban véve az, hogy helyreállítsa a rendellenesen működő hálózatok tevékenységét. A fókuszált ultrahangos ingerlés a hőmérséklet lokális megemelése révén érheti el ezt a hatást. Az esszenciális tremor, vagyis a remegés esetében már sikerrel alkalmazták a módszert.
A remegés egyes becslések szerint a világ teljes populációjának egy százalékát érinti. Az elsődleges kezelési módszer a gyógyszeres kezelés (pl. propranolol, primidon), de ezek csak a páciensek felénél hoznak enyhülést. A súlyosabb esetekben sebészeti beavatkozásra kerülhet a sor. Ilyenkor a thalamusz egyik magját (ventrális intermedier mag) sértik. A beavatkozás hatására megszűnik vagy enyhül a mozgató kéregbe jutó jelek oszcillációja, és így végső soron a remegés is. Már több vizsgálat támasztotta alá, hogy a fókuszált ultrahangos thermoabláció a klasszikus sebészeti beavatkozásokhoz hasonló eredményeket szül, viszont jóval biztonságosabb. A módszert az Egyesült Államokban már engedélyezték is.
A Parkinson-kór esetében a mozgásos tünetek kezelésében szintén hasznosnak bizonyultak az ablációs eljárások. A bazális ganglionok egyes elemeinek (globus pallidus és a szubthalamikus mag) sértése számos esetben javította a mozgásos tüneteket, a remegést pedig akár az előbb említett sejtcsoport célzása is enyhítheti. Ezekkel kapcsolatban is vannak már bíztató eredmények, de például a sápadt test (globus pallidus) olyannyira közel fekszik a koponyacsonthoz, hogy az elérése még csak néhány esetben sikerült.
A thermoabláció egy sor pszichiátriai zavar kezelésében is hasznos lehet. A rögeszmés-kényszeres zavar az egyik leggyakoribb szorongásos zavar, ami egyes becslések szerint a társadalom akár 2%-át érintheti. A bevált kezelési módok, a kognitív viselkedésterápia és a gyógyszerek, a betegek 70-80%-ánál hatásosak. A fennmaradó esetekben a mélyagyi stimuláció mellett az abláció is hatásos lehet, hiszen ismert, hogy a kortiko-striato-thalamo-kortikális körök működése szenved zavart a betegeknél. A fókuszált ultrahangos ingerlést még csak néhány betegnél próbálták, de már folyamatban vannak további vizsgálatok is. A fokális ultrahangos thermoablációhoz a más kezeléseknek ellenálló major depresszió és a krónikus fájdalom esetében is nagy reményeket fűznek a szakértők.
A vér-agy gát kicselezése
A fókuszált ultrahang másik fontos biológiai hatása a kavitáció. Az ehhez használt ultrahang energiája legalább három nagyságrenddel kisebb, mint amit a thermoablációhoz használnak és már több tanulmány is bizonyította, hogy maradandó szövetkárosodás nélkül is hatásos lehet. A módszerrel már 2000 kDa tömegű dextrán molekulákat is sikeresen juttattak be kísérleti állatok agyába. Ehhez képest a legnagyobb méretű vegyületek nagyjából 150 kDa méretűek, amiket jelenleg érdemesnek tartanának klinikai tesztelésre.
A fókuszált ultrahangos ingerléssel ráadásul területspecifikusan lehetne befolyásolni a vér-agy gát áteresztését, így elképzelhető például, hogy egy vegyületet csak egy viszonylag jól körülhatárolható területre juttatnak be. Ezzel a módszerrel az Alzheimer-kór, az amiotrófiás laterálszklerózis, a Parkinson-kór, sőt akár az agy rákos megbetegedései is kezelhetők lennének. A módszer persze veszélyeket is hordoz magában, hiszen a buborékok összeeshetnek. Ilyenkor lokális hőmérséklet-emelkedés és lökéshullámok keletkeznek, melyek károsíthatják a szöveteket. Ezen kockázat minimalizálása az egyik legfontosabb cél jelen pillanatban, és már ezen a területen is vannak reménykeltő eredmények.
A fókuszált ultrahangos ingerlés jövője
A fókuszált ultrahangos ingerlésben más lehetőségek is rejlenek, ezek kiaknázása azonban még gyerekcipőben jár. Elképzelhető például, hogy az idegrendszer működését finomabban is befolyásolhatja, illetve megkönnyítheti a virális vektorokon alapuló beavatkozásokat. A szakértők szerint, ha sikerül megoldani a fókuszált ultrahangos ingerlés limitációit, az forradalmasítani fogja a cikkben is említett neuropszichiátriai betegségek kezelését.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/07. számában jelent meg.
Forrás:
https://www.nature.com/articles/s41582-020-00418-z