О разрушении тканей головного мозга
⚕ Наши первые результаты по бесконтактному механическому разрушению тканей головного мозга человека опубликованы в высокорейтинговом журнале Ultrasound in Medicine and Biology (Q1, IF 2.9).
📖 С текстом публикации можно ознакомиться здесь.
🎙 Подробности также можно послушать в наших докладах с конференций «ISTU-2024» и «Волны-2024».
Кратко:
🔊 Мощный фокусированный ультразвук (HIFU) позволяет воздействовать на целевые участки мозга без вскрытия черепа путем нагрева, и такое тепловое HIFU-воздействие уже применяется для лечения тремора, опухолей и нейропатических болей.
Проблемы теплового HIFU-воздействия:
• требуется МРТ-контроль температуры (дорого, труднодоступно)
• диффузия тепла от фокуса снижает точность воздействия
• для HIFU-воздействия доступна только центральная часть мозга
🫧 Метод гистотрипсии с кипением, развиваемый в LIMU, потенциально применим для бесконтактного нетеплового воздействия и локального разрушения в более широкой области мозга, однако возможность ГК-разрушения тканей человеческого мозга еще не исследовалась экспериментально
🔎 В нашей статье изучались различные ткани головного мозга человека ex vivo (т.е. вне организма):
• серое и белое вещество, таламус и бледный шар
• их упругие свойства
• их микро- и ультраструктура
В результате:
✔️ Впервые показана возможность ГК-разрушения различных тканей головного мозга человека ex vivo до субклеточных фрагментов.
✔️ Процесс разрушения удалось ускорить при использовании более коротких импульсов с большей амплитудой без потери эффективности.
✔️ Показано, что более жесткое белое вещество мозга, состоящее в основном из нервных волокон, разрушается сложнее, чем более мягкое серое вещество, состоящее из тел нервных клеток.
✔️ Впервые удалось получить механические разрушения в таламусе и бледном шаре – тех отделах мозга, которые в современной клинической практике подвергаются тепловому HIFU-разрушению для лечения двигательных расстройств под контролем дорогостоящего МРТ.
Подробнее:
🧠 Сейчас стандартным методом радикального лечения заболеваний головного мозга является хирургическое вмешательство для удаления определенных участков мозга (например, опухолей), в процессе которого выполняются трепанация черепа (вскрытие черепной коробки) и дальнейший разрез здоровых тканей на пути к целевому участку.
Такое вмешательство связано с риском кровотечений, инфекционных и иных послеоперационных осложнений, а исход операции в значительной степени зависит от размера целевого участка и его расположения в мозге.
🔊 Активно развиваемые сейчас методы неинвазивной хирургии с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU – high-intensity focused ultrasound) позволяют бесконтактно разрушать задаваемые участки головного мозга путем ультразвукового нагрева ткани до температур теплового некроза под контролем МРТ.
Технология теплового HIFU используется в клиниках России и других стран для лечения двигательных расстройств (эссенциального тремора, тремора при болезни Паркинсона, дистонии и др.) путем создания локализованных тепловых разрушений внутри головного мозга.
Однако на сегодняшний день достижимая область мозга для тепловой HIFU-хирургии ограничена центральными отделами головного мозга – таламусом и бледным шаром – из-за опасности перегрева эффективно поглощающих ультразвук костей черепа при неглубокой фокусировке.
Также ограничивающими факторами являются диффузия тепла и кровотока, снижающие точность воздействия, и необходимость использования дорогостоящих аппаратов МР-термографии для контроля температуры во время операции.
🫧 Гистотрипсия с кипением - новый развивающийся метод, позволяющий неинвазивно (т.е. бесконтакно, без разреза) разрушать нежелательные биологические ткани в организме человека (например, опухоли) с помощью мощного фокусированного ультразвука (HIFU = high intensity focused ultrasound). Целевая ткань в фокусе превращается в жидкость как в «дистанционном блендере».
Нетепловой механизм такого воздействия может минимизировать ограничения существующих методов теплового HIFU и расширить область клинических показаний для лечения с помощью фокусированного ультразвука.
Так, метод позволяет контролировать процесс воздействия с помощью обычного диагностического ультразвука (УЗИ): паро-газовые включения в ткани в процессе разрушения предстают яркими на УЗИ, а разжиженная биоткань – темной.
Ранее наши численные эксперименты уже показали возможность реализации условий и безопасного использования гистотрипсии с кипением при транскраниальной фокусировке ультразвука в ткани мозга, в том числе и близко к черепу. Однако сама способность механически разрушать ткань человеческого мозга с использованием данного метода еще не была исследована экспериментально.
В связи с этим, исследования в нашей статье совместно с МНОИ МГУ, НИИ пульмонологии и НИИ морфологии человека были в первую очередь посвящены экспериментальной демонстрации возможности ГК-разрушения тканей головного мозга человека, для начала, ex vivo (т.е. вне организма) и в отсутствие черепа.
• ГК-облучение различных тканей головного мозга человека проводилось под УЗИ-контролем с варьируемыми параметрами воздействия.
• Полученные разрушения анализировались на макроуровне (путем разрезания и фотографирования), микроуровне (гистологически), а также на ультраструктурном уровне (методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии).
• Все эксперименты сопровождались предварительными измерениями жесткости биологических тканей методом эластографии сдвиговой волной, поскольку их восприимчивость к гистотрипсии в основном определяется их упругими свойствами.
В результате:
✔️ Впервые показана возможность ГК-разрушения различных тканей головного мозга человека ex vivo до субклеточных фрагментов.
✔️ Процесс разрушения удалось ускорить при использовании более коротких импульсов с большей амплитудой без потери эффективности.
✔️ Показано, что более жесткое белое вещество мозга, состоящее в основном из нервных волокон, разрушается сложнее, чем более мягкое серое вещество, состоящее из тел нервных клеток.
✔️ Впервые удалось получить механические разрушения в таламусе и бледном шаре – тех отделах мозга, которые в современной клинической практике подвергаются тепловому HIFU-разрушению для лечения двигательных расстройств под контролем дорогостоящего МРТ.
Наши ближайшие исследования будут направлены на экспериментальное подтверждение реализуемости метода при наличии костной ткани на пути ультразвукового пучка для приближения лабораторного эксперимента к клиническим условиям.
⚕ При успешном внедрении метода в клиническую практику в будущем он позволит сократить количество открытых операций на головном мозге и снизить стоимость таких вмешательств за счет возможности бесконтактного разрушения целевых участков мозга под обычным УЗИ-контролем.
