Ultrazvukové vibrace v mozku umožňují lékům proniknout obranou

Profesorka Elisa Konofagou, která se věnuje medicínskému bioinženýrství, objevila slibné účinky ultrazvuku při léčbě mozkových degenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba. Projekt získal podporu NSF (National Science Foundation) a my vám přinášíme jeho první výsledky.

Ve své laboratoři na Kolumbijské univerzitě v New Yorku se Elisa Konofagou věnuje experimentům s ultrazvukovými technologiemi a jejich využitím v komplexní léčbě různých degenerativních onemocnění mozku.

Základem jejího výzkumu je využití ultrazvukové technologie jako neinvazivního způsobu, jak zvýšit účinnost léků. S její pomocí lze otevřít cíleně velmi účinnou obrannou bariéru, která chrání u savců průniku cizorodých látek (i potenciálních léků) krevním oběhem do mozku.

Ultrazvuk na celnici„Ultrazvuk je ve své podstatě šíření akustických vln nad hranicí slyšitelnosti pro lidské ucho. Pokud zvýšíte intenzitu a tlak těchto vln, můžete dosáhnout cílených biologických účinků na tkáně,“ vysvětluje Konofagou. Krevně-mozková (hematoencefalická) bariéra je rozhraní mezi krví, likvorem a mozkem, něco jako dobře a velmi přísně fungující celnice, která v obou směrech striktně prověřuje cestující molekuly a těm, které vyhodnotí jako nepřátelské nebo nebezpečné, zakáže průchod.

Nalezení možnosti jejího cíleného otevření se ale ukazuje jako žádoucí pro účinnou léčbu některých neurodegenerativních onemocnění. Jako nebezpečné logicky tato bariéra rozeznává i molekuly látek, které jsou sice cizorodé, ale mají schopnost léčit.

Elisa Konofagou je přesvědčena, že ultrazvuková technologie by to mohla změnit. „Známe 7000 farmakologických preparátů a 95 % nemůže proniknout krevně-mozkovou bariérou.“

Myš pod čajovým šálkemSlibné výsledky přinesly testy na myším modelu. Myš je umístěná pod zdroj UV vlnění, který vypadá jako obrácený čajový šálek a vysílá ultrazvukové vlny. Současně je myši vstřikován tekutý preparát s účinnou látkou, který obsahuje mikroskopické bublinky.

Ultrazvukový signál je přesně zaměřený na oblast mozku o průměru menším než jeden centimetr. „Jsme schopni působit na konkrétní místo v mozku, protože většina mozkových onemocnění, alespoň v jejich počátečních fázích, je lokalizovaná,“ vysvětluje Elisa Konofagou.

Když se mikroskopické bublinky dostanou krevním řečištěm do místa, na které je zaměřený ultrazvukový paprsek, rozvibrují se. Vibracemi pak rozvolní jinak pevně spojené buňky, které tvoří krevně-mozkovou bariéru, a molekuly účinných látek mohou projít do mozku.

Vstup pod kontrolouTo vše pod přísnou kontrolou, aby se do mozku nedostala současně látka, která by ho mohla poškodit. Léky pak mohou dosáhnout svého cíle – »nemocné« neurony. Účinek není trvalý, buňky otevřené pro prostup léku se během 24 hodin spojí a krevně-mozková bariéra se opět uzavře.

Při testovaných nízkých tlacích nemá použitá metoda na myši žádný pozorovatelný škodlivý účinek. Konofagou předpokládá, že tato léčba by mohla být během doby běžně k dispozici i v humánní medicíně. „Umíme si představit průběh léčby u lidí (zařízením, ale ne účinky) podobný chemoterapii,“ říká. Pacientům by byla do krevního oběhu zavedena infuze kapalného roztoku, který bude obsahovat mikrobublinky a účinnou složku léku. Pacienti by pak byli umístěni pod zařízení, které se může podobat vysoušeči vlasů v kadeřnictví, ale místo teplého vzduchu vysílá ultrazvukové vlny.

Investice do blízké budoucnosti„Jednou z hlavních překážek je prokázat, že metoda je bezpečná, že neexistují žádné vedlejší negativní účinky, když otevřeme krevně mozkovou bariéru, a že se jedná o vratný jev,“ vysvětluje Konofagou. „Dalším nezbytným krokem je se bezpečně ověřit, že metoda bude účinkovat u lidí stejným způsobem jako u menších zvířat.“ Možnost léčby chorob, jako jsou Parkinsonova a Alzheimerova choroba, u lidí s pomocí ultrazvuku může být ještě vzdálená několik let, ale počáteční výsledky jsou rozhodně zajímavé.

Čím je ohrožený mozek sportovců?Pro diagnostiku poškození mozku při úrazu, hypoxie (nedostatku kyslíku) centrální nervové soustavy, cévních mozkových příhod, neurodegenerativních nemocí apod. se stále více používá stanovení proteinu S100B.

Ten produkují právě i buňky centrální a periferní nervové soustavy. Tento protein lze nalézt ve zvýšené míře i u potápěčů, kde signalizuje narušení krevně-mozkové bariéry, změny cévních stěn v mozku.

Znamená to nejen to, že dotyčný protein může pronikat z mozku do krevního oběhu, ale že z krevního oběhu mohou pronikat do mozku sloučeniny, potenciálně škodlivé pro neurony. Kromě potápěčů tímto příznakem podle vyjádření sportovních lékařů trpí také další sportovci.

Zejména ti, kteří se věnují vytrvalostním sportům a podávají velmi namáhavé výkony, extrémně dlouhodobě náročné z hlediska zásobování organismu kyslíkem. Uváděny jsou v této souvislosti disciplíny jako vytrvalostní běh nebo dálkové plavání.