Ультразвук поможет регулировать транспорт веществ в мозге
Воздействие на глимфатический транспорт, с помощью которого мозг избавляется от отходов, может оказывать терапевтический эффект при многих патологиях мозга. Ученые предложили способ усиливать интенсивность этого транспорта при помощи фокусированного ультразвука. Они протестировали этот подход на мышиной модели и смогли локализовать вводимое вещество в целевом участке мозга.
Распределение флуоресцентно-меченого препарата по глимфатической системе.
Credit:
Chen lab, Washington University
Глимфатическая система — аналог периферической лимфатической системы, находящийся в мозге. Это периваскулярная система головного мозга, которая служит для удаления ненужных веществ (например, избыточных белков или токсичных продуктов метаболизма). Нарушения в ее функционировании отмечаются при многих повреждениях мозга, как травматических, так и вследствие нейродегенеративных заболеваний или инсульта. Стимуляция работы глимфатической системы способна улучшить состояние мозга при подобных заболеваниях, и для терапии в настоящее время разрабатывают различные подходы к активации глимфатического транспорта.
Авторы опубликованной в PNAS работы предложили способ механически «подстегивать» работу глимфатической системы при помощи ультразвука. Фокусированный ультразвук хорошо проникает в мозг и может быть с высокой (вплоть до миллиметрового разрешения) точностью нацелен на конкретные участки.
Для усиления эффективности УЗ воздействия можно использовать микроскопические пузырьки. Они применяются в клинике более тридцати лет в качестве контраста для ультразвуковых исследований сосудов. В кровоток вводят пузырьки газа размером с эритроцит, колебания их объема, вызванные действием ультразвука, влияют на стенки сосудов и усиливают их пульсацию, что может улучшать перенос веществ.
Чтобы проверить, насколько эффективным может оказаться такой подход для стимуляции глимфатической системы, авторы испытали сочетание фокусированного УЗ и микропузырьков на мозге мышей. Ранее они показали, что этот метод может улучшать доставку в мозг препаратов, вводимых интраназально. Этот же подход был использован ими в новой работе: мышам сначала инъецировали микропузырьки в кровоток, а затем интраназально вводили флуоресцентно-меченый альбумин. После этого таламус мышей подвергали ультразвуковому воздействию с одной стороны. Гистологический анализ мозга таких мышей показал, что фокусированный ультразвук в таких условиях действительно способствовал концентрированию флуоресцентной метки в тех участках, которые подвергались действию ультразвука. Аналогичным образом проверили, как фокусированный ультразвук в данном случае влияет на доставку препарата через большую заднюю цистерну (затылочную цистерну, cisterna magna). Вводимые через нее вещества как раз транспортируются по периваскулярным пространствам, в частности, по глимфатической системе. Оказалось, что фокусированный ультразвук в сочетании с микропузырьками усилил глимфатический транспорт и в этом случае.
Дальнейшее изучение различных участков периваскулярного пространства и отдельных типов сосудов, включая артериолы, венулы и капилляры, показало, что ультразвук повышает эффективность обоих типов доставки (интраназального и инъекционного) и помогает направить препарат в конкретный участок мозга. Авторы работы отмечают, что подход, основанный на сочетании фокусированного ультразвука и микропузырьков, позволит неинвазивно и без фармакологического воздействия влиять на глимфатический транспорт. Его направленная стимуляция способна «ускорить выведение отходов из мозга и потенциально препятствовать заболеваниям мозга, вызванными нарушениями в работе глимфатической системы». Среди дальнейших направлений авторы работы называют, в частности, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
Цитата по пресс-релизу
«Вскрытие» гематоэнцефалического барьера ультразвуком облегчает доставку цитостатика к опухоли