Hur ultraljud kan hjälpa till att dämpa Parkinsons
Det finns två stora hinder för att utveckla effektiva läkemedel mot Alzheimers, Parkinsons och andra sjukdomar som förstör hjärnan. Den första övervinner blod-hjärnbarriären, och den andra levererar läkemedlet till en exakt plats och ser till att det inte sprider sig till resten av hjärnan.
Nu kan ett nytt tillvägagångssätt som använder ultraljudstrålar och mikrobubblor vara ett icke-invasivt sätt att leverera droger säkert till exakta platser i hjärnan.
Tekniken kallas fokuserad ultraljud (FUS) och lovar att öppna dörren för tusentals läkemedel som kan behandla en rad hjärnförhållanden om de kan korsa blod-hjärnbarriären.
Forskarna vid Columbia University i staden New York som utvecklade FUS-enheten har nu visat att det hjälpte till att bromsa tidig utveckling av Parkinsons sjukdom och förbättra hjärnans funktion hos möss.
De beskriver resultaten i ett nyligen Journal of Controlled Release studiepapper.
FUS-tekniken öppnar tillfälligt blod-hjärnbarriären i en specifik del av hjärnan för att låta droger nå just den delen.
Öppna blod-hjärnbarriären
Blod-hjärnbarriären är ett komplext inslag i blodkärlen som matar hjärnan och resten av centrala nervsystemet.
Barriären förhindrar patogener och potentiellt skadliga ämnen som passerar från blodomloppet till parenkymen eller funktionell vävnad i hjärnan.
FUS-tekniken strålar ultraljudspulser genom skallen till en exakt plats i hjärnan. När pulserna möter mikrobubblor som forskare har injicerat i blodomloppet får de mikrobubblorna att svänga mellan väggarna i de små blodkärlen.
De oscillerande mikrobubblorna orsakar en reversibel ökning av permeabiliteten för blod-hjärnbarriären på den platsen.
När FUS-strålarna stannar slutar mikrobubblorna att svänga och den tillfälliga åtkomsten genom blod-hjärnbarriären stängs.
FUS skickar gener och proteiner in i hjärnan
För den senaste studien fokuserade teamet på Parkinsons sjukdom. De visade att de kunde använda FUS för att leverera hjärnförändrande gener och proteiner över blod-hjärnbarriären.
En gång över barriären återställde generna och proteinerna delvis dopaminfrisättande vägar i hjärnan. Förlust av förmåga att göra dopamin - en kemisk budbärare som är viktig för att kontrollera rörelse - är ett tidigt inslag i Parkinsons sjukdom.
Forskarna såg också minskningar av några av beteendemässiga symtom på Parkinsons sjukdom hos mössen.
"Vi hittade både beteendemässiga och anatomiska neuronförbättringar i hjärnan", säger Elisa Konofagou, en av de äldre studieförfattarna som är professor i biomedicinsk teknik och även radiologi.
Prof. Konofagou säger att hon och hennes team är de första som använder tillgängliga läkemedel för att återställa en dopaminfrisättande väg i tidig Parkinsons sjukdom.
Food and Drug Administration (FDA) i USA har just beviljat forskarna ett undantag för undersökningsutrustning så att de kan säkerhetstesta det som ett sätt att leverera droger hos personer med Alzheimers sjukdom.
Bärbart system för hembehandlingar
Prof. Konofagous team är den enda gruppen i USA som har fått godkännande från FDA för att försöka öppna blod-hjärnbarriären med ultraljud. Andra som arbetar inom detta område använder nanopartiklar för att öppna blod-hjärnbarriären eller MR för att styra proceduren.
FUS-enheten som professor Konofagou och hennes team har utvecklat är mindre, snabbare och billigare. Den använder en givare med ett enda element istället för en hjälm som rymmer över 1000 element. Dess ”neuronavigation system” kräver inte MR. Teamet jämför det med det som neurokirurger använder förutom att det använder en ultraljudstransduktor istället för ett kirurgiskt instrument.
Teamet föreställer sig ett bärbart FUS-system som läkare enkelt kan köra in och ut ur patientens rum på ett sjukhus och en dag, även in och ut ur sina hem. Dessutom varar behandlingstiden bara cirka en halvtimme istället för de 3 eller 4 timmar som krävs för en MR-styrd procedur.
Efter försöket med personer med Alzheimers planerar professor Konofagou att testa enheten hos personer med Parkinsons sjukdom.
”Vi kunde begränsa den snabba utvecklingen av neurodegeneration samtidigt som vi förbättrade neuronfunktionen. Vi förväntar oss att vår studie kommer att öppna nya terapeutiska vägar för tidig behandling av sjukdomar i centrala nervsystemet. ”
Prof. Elisa Konofagou
