Хотя существует несколько тысяч лекарств, доступных для лечения широкого спектра заболеваний мозга, от депрессии до шизофрении, они не могут проникнуть через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) в мозг. ГЭБ, который защищает мозг от патогенов, которые могут присутствовать в крови, также предотвращает большинство препаратов от получения доступа к функциональной ткани мозга, паренхиме, хорошо известной проблеме лечения всех заболеваний мозга, включая нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера.
Команда, возглавляемая Элизой Конофагу, Робертом и Маргарет Харири, профессором биомедицинской инженерии и профессором радиологии (физики) в Columbia Engineering, разрабатывает новую технику, которая может открыть новые способы облегчения адресной доставки лекарств в мозг, которая позволит лекарствам лечить заболевания мозга более целенаправленно. Исследователи использовали транскраниальный, сфокусированный ультразвук и внутривенно вводили микропузыри в ГЭБ, чтобы сделать локализованное и преходящее отверстие, которое позволяет лекарствам пересекать ГЭБ обратимо и неинвазивно. Сосредоточив внимание на болезни Паркинсона, в сотрудничестве с группой Сержа Пшедборски из отделения неврологии в Медицинском Центре Ирвинга Колумбийского Университета, они обнаружили, что доставка белка и генов через ГЭБ может частично восстановить дофаминергические пути — нейроны в мозге, которые страдают от ранней болезни Паркинсона.
«Мы обнаружили как поведенческие, так и анатомические улучшения нейронов в мозге», — говорит Конофагоу, который возглавлял исследование, опубликованное в интернете в Journal of Controlled Release. «Это первый случай, когда кто-либо смог восстановить дофаминергический путь с помощью доступных лекарств на ранних стадиях болезни Паркинсона. Нам удалось обуздать быстрое прогрессирование нейродегенерации при одновременном улучшении нейронной функции. Мы ожидаем, что наше исследование откроет новые терапевтические возможности для раннего лечения заболеваний центральной нервной системы.»
Команда нацелилась на области мозга, вовлеченные в раннюю стадию болезни Паркинсона и Альцгеймера, такие как путамен и гиппокамп. Инструмент, разработанный для исследования — это устройство, которое использует систему нейронавигации для управления лечением в режиме реального времени. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) только что назначило команде исследовательское исключение (IDE) для использования устройства в клинических испытаниях, чтобы проверить его безопасность у пациентов с болезнью Альцгеймера.
«Нейрохирурги постоянно используют такие системы в своей работе», — говорит Антониос Поулиопулос, научный сотрудник лаборатории Конофагу, который работал над разработкой клинической системы нейронавигации. «Наша группа только что заменила хирургический инструмент ультразвуковым преобразователем для выполнения нашей неинвазивной процедуры.»
Лаборатория Адаптивности и Визуализации Ультразвука Конофагу (Konofagou’s Ultrasound Elasticity and Imaging Laboratory) единственная академическая лаборатория в США, которая имеет разрешение от FDA для использования ультразвука для создания пути через ГЭБ в мозг. Другие группы, проводящие аналогичные исследования, либо используют наночастицы для облегчения доставки лекарств, либо требуют МРТ для управления процедурой. Подход Конофагу является МРТ-независимым и не требует использования каких-либо наночастиц.
Это устройство представляет собой одноэлементный преобразователь, который намного меньше, быстрее и дешевле, чем нынешние шлемообразные 1024-элементные преобразовательные системы, использующие МРТ-наведение. Поскольку система Конофагу портативна, врачи смогут лечить пациентов в любом месте больницы и, в будущем, даже дома. Лечение может быть завершено менее чем за 30 минут, по сравнению с тремя-четырьмя часами для МРТ-терапии, и контролируется в режиме реального времени, уникальная особенность нового устройства. Стоимость в 10 раз меньше, чем у МРТ-шлема. Первое клиническое испытание устройства будет на пациентах с болезнью Альцгеймера, после чего Конофагу планирует работать с пациентами Паркинсона.
Недавно Конафагу выиграл четырехлетний Грант NIH на $ 2,5 млн, чтобы использовать аналогичное устройство для глубокой стимуляции мозга с целью раскрыть механизм, с помощью которого ультразвук возбуждает нейроны и контролировать этот механизм у людей. Кроме того, она будет удостоена премии 2019 Engineering in Medicine and Biology Society’s Technical Achievement Award в Берлине в июле этого года за ее «выдающийся и новаторский вклад в области ультразвуковой визуализации и терапии, а также их применение в клинической практике для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, диагностики и лечения опухолей, а также доставки и стимуляции лекарств для мозга».»
«У всех нас есть близкие с нейродегенеративными расстройствами», — добавляет Конофагу. «Моя бабушка страдает деменцией уже более пяти лет, поэтому я знаю из первых рук, насколько важно иметь простое устройство, которое можно вкатить в дом пациента и предложить более высокое качество жизни, особенно для нашего быстро стареющего населения. И есть так много смертельных заболеваний, таких как опухоли мозга, которые поражают людей всех возрастов, и для еще не изобретено лечения. Вот почему мы хотим как можно быстрее перейти к клиническим испытаниям.»
Источник: Columbia University School of Engineering and Applied Science