«Микротехника» однажды сможет путешествовать по мозгу и доставлять лекарства

Исследователи впервые показали, что микротранспортные средства можно управлять через кровеносные сосуды мозга мышей с помощью ультразвука.

Они надеются, что это в конечном итоге приведет к созданию методов лечения, способных доставлять лекарства с высокой точностью.

Опухоли головного мозга, кровоизлияния в мозг, а также неврологические и психологические состояния часто трудно поддаются медикаментозному лечению. И даже когда эффективные лекарства доступны, они, как правило, имеют серьезные побочные эффекты, поскольку циркулируют по всему мозгу, а не только по той области, для лечения которой предназначены.

В свете этой ситуации исследователи возлагают большие надежды на то, что однажды они смогут предложить более целенаправленный подход, который позволит доставлять лекарства в очень конкретно определенные места. С этой целью они разрабатывают мини-транспортеры, которые можно будет проводить через густой лабиринт кровеносных сосудов.

Преимущества ультразвука

По сравнению с альтернативными навигационными технологиями, такими как технологии, основанные на магнитных полях, ультразвук предлагает определенные преимущества.

«Помимо того, что ультразвук широко используется в медицинской сфере, он безопасен и проникает глубоко в организм», — говорит Дэниел Ахмед, профессор акустической робототехники в ETH Zurich и руководитель исследования, опубликованного в Природные коммуникации.

Для своего микротранспорта Ахмед и его коллеги использовали газонаполненные микропузырьки, покрытые липидами — теми же веществами, из которых состоят мембраны биологических клеток. Пузырьки имеют диаметр 1,5 микрометра и в настоящее время используются в качестве контрастного материала при ультразвуковой визуализации.

Как теперь показали исследователи, эти микропузырьки можно проводить через кровеносные сосуды. «Поскольку эти пузырьки или везикулы уже одобрены для использования на людях, вполне вероятно, что наша технология будет одобрена и использована в лечении людей быстрее, чем другие типы микротранспортных средств, которые в настоящее время находятся в стадии разработки», — говорит Ахмед.

Еще одним преимуществом микропузырьков, управляемых ультразвуком, является то, что они растворяются в организме после выполнения своей работы. При использовании другого подхода, магнитных полей, микротранспортные средства должны быть магнитными, а разработать биоразлагаемые микротранспортные средства непросто. Более того, микропузырьки, разработанные исследователями, маленькие и гладкие.

«Это позволяет нам легко направлять их по узким капиллярам», — говорит ведущий автор Алексия Дель Кампо Фонсека, аспирант из группы Ахмеда.

Возможное использование при раке, инсульте и т. д.

Последние несколько лет Ахмед и его группа работали в лаборатории над разработкой метода проведения микропузырьков через узкие сосуды. Теперь они проверили этот метод на кровеносных сосудах мозга мышей.

Исследователи ввели пузырьки в кровеносную систему грызунов, где они переносятся в кровоток без какой-либо посторонней помощи. Однако исследователям удалось использовать УЗИ удержать пузырьки на месте и провести их по сосудам головного мозга против направления тока крови. Исследователям даже удалось провести пузырьки через извилистые кровеносные сосуды или заставить их несколько раз изменить направление, чтобы направить их в самые узкие ветви кровотока.

Чтобы контролировать движения микротранспорта, исследователи также прикрепили четыре небольших датчика к внешней стороне черепа каждой мыши. Эти устройства генерируют вибрации ультразвукового диапазона, которые в виде волн распространяются по мозгу. В определенных точках мозга волны, излучаемые двумя или более преобразователями, могут либо усиливать друг друга, либо гасить друг друга. Исследователи управляют пузырьками, используя сложный метод регулировки выходной мощности каждого отдельного преобразователя. Изображения в реальном времени показывают им, в каком направлении движутся пузырьки.

Чтобы создать изображение для этого исследования, исследователи использовали двухфотонную микроскопию. В будущем они также хотят использовать сам ультразвук для визуализации и планируют усовершенствовать ультразвуковую технологию для этой цели.

В этом исследовании микропузырьки не были снабжены лекарствами. Сначала исследователи хотели показать, что они могут направлять микротранспортные средства вдоль кровеносных сосудов и что эта технология пригодна для использования в мозге.

Именно здесь есть многообещающие медицинские применения, в том числе для лечения рака, инсульта и психологических состояний. Следующим шагом исследователей будет прикрепление молекул лекарства к внешней стороне оболочки пузыря для транспортировки. Они хотят усовершенствовать весь метод до такой степени, чтобы его можно было использовать на людях, надеясь, что однажды он станет основой для разработки новых методов лечения.

Дополнительными соавторами исследования являются ETH Zurich, Цюрихский университет и Университетская больница Цюриха.

Источник: ETH Цюрих