Неинвазивные ультразвуковые импульсы для точной настройки активности мозга крыс

Биомедицинские инженеры из Университета Джонса Хопкинса разработали неинвазивный метод локальной и временной доставки концентрированных доз препарата в мозг крыс с помощью ультразвука. Метод сначала «заключает» препарат в биоразлагаемые наночастицы, а затем активирует его высвобождение с помощью точно направленных звуковых волн.

Потенциал метода:

  • Доставка широкого спектра препаратов, включая психоактивные.
  • Минимизация побочных эффектов за счет локального высвобождения и снижения общей дозы.
  • Ускоренный путь к клиническому применению, так как все компоненты (биоматериалы, ультразвук, одобренные FDA препараты) уже безопасны для человека. Ученые надеются начать процесс регуляторного одобрения в течение 1–2 лет.

Принцип работы:

Метод преодолевает гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), который защищает мозг, но ограничивает доставку лекарств. Наночастицы состоят из:

  1. Биоразлагаемой полимерной оболочки («клетки»), связывающей препарат (в исследовании — анестетик пропофол).
  2. Жидкого перфторпентана в ядре.

При воздействии ультразвука (через кожу головы и череп) перфторпентан превращается в газ, расширяет оболочку и высвобождает пропофол. Высвобожденный препарат самостоятельно проходит через ГЭБ в целевом участке.

Эксперименты и результаты:

  1. Оптимизация: Ультразвуковой протокол настроили in vitro для эффективного высвобождения без повреждения ГЭБ.
  2. Распределение: Большинство наночастиц in vivo накапливалось в селезенке и печени; в мозг они не проникали из-за размера.
  3. Эффективность: Крысам с индуцированными судорогами вводили наночастицы с пропофолом. Прицельное ультразвуковое воздействие на мозг под контролем МРТ вызывало высвобождение препарата и немедленное прекращение судорожной активности.

Перспективы применения:

  • Предоперационное картирование мозга: Вместо интраоперационной электростимуляции «выключение» конкретных областей мозга пропофолом перед операцией для определения функционально важных зон.
  • Исследования мозга: Контролируемое изучение функций специфических областей мозга.

Ограничения:

Основное текущее ограничение — высокая стоимость процедуры (до $30 000–50 000), связанная с необходимостью проведения МРТ в реальном времени. Ученые работают над программным обеспечением для синхронизации единичного МРТ-снимка с системой наведения ультразвука, чтобы значительно снизить затраты.

Исследование опубликовано 23 января в журнале Nano Letters.