3D-gedruckte akustische Hologramme gegen Alzheimer oder Parkinson

3D-gedrucktes akustisches Hologramm. Bildnachweis: Universitat Politècnica de Valencia

Die vom Forscherteam von UPV und CSIC entworfenen Hologramme ermöglichen die selektive, effiziente und hochkonzentrierte Öffnung der Blut-Hirn-Schranke und erleichtern die Verabreichung von therapeutischen Medikamenten zur Behandlung von Pathologien, die das zentrale Nervensystem betreffen.

Wie von Francisco Camarena, Forscher am Institute of Instrumentation for Molecular Imaging, einem gemeinsamen Zentrum von UPV und CSIC, erklärt, hat fokussierter Ultraschall dank seiner Erzeugungsfähigkeit ein großes Potenzial zur Behandlung neurologischer Erkrankungen therapeutische Wirkungen präzise und nicht-invasiv. „Ihre Anwendung auf die Strukturen des Zentralnervensystems ist jedoch aufgrund von zwei Hindernissen kompliziert: den Auswirkungen von Aberration und Schwächung des Schädels und der komplexen und ausgedehnten räumlichen Verteilung der tiefen Strukturen des Gehirns“, betonte Camarena.

Die Akustik Hologramme von den UPV- und CSIC-Forschern entwickelt, ermöglichen eine kontrolliertere Öffnung der Blut-Hirn-Schranke, als dies durch ausschließliche Verwendung erreicht wird Ultraschall. Am wichtigsten ist, dass sie die vom Schädel eingeführten Aberrationen korrigieren können. Gleichzeitig können sie in besonders wichtigen Hirnstrukturen einen Ultraschall-Multifokalstrahl erzeugen.

„Dank unserer Hologramme fokussiert und adaptiert sich der Ultraschallstrahl bilateral und sehr präzise auf Teile des Gehirns, die von großem therapeutischen Interesse sind, wie zum Beispiel die zwei Kerne, die aus dem Hippocampus bestehen, der mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung steht und die hat eine skurrile dreidimensionale Form”, fügte Noé Jiménez, Juan de la Cierva-Forscher bei UPV, hinzu.

Es ist das erste Mal, dass die Blut-Hirn-Schranke gleichzeitig in beiden Hemisphären geöffnet wurde. Darüber hinaus hat das Team der UPV-CSIC-Columbia University dies mit einer Auflösung erreicht, die weit über dem Standard liegt. Dies ermöglicht eine bessere Lokalisierung des zu behandelnden Bereichs, wodurch das Volumen des gesunden Gehirngewebes minimiert wird, auf das der Ultraschall gerichtet ist, während gleichzeitig die Kosten und die Operationszeit reduziert werden.

Wie funktioniert es?

Der Ultraschallwandler ist wie ein Lautsprecher, vibriert aber mit einer halben Million Schwingungen pro Sekunde. Das Hologramm wird davor platziert und von der Welle durchquert. Gleichzeitig wird ein mit Wasser gefüllter Kegel mit dem Schädel in Kontakt gebracht, durch den sich die Welle ausbreitet, bevor sie das Gehirn des Patienten erreicht. Als nächstes durchläuft die Welle das Gehirn und konzentriert sich schließlich auf den Bereich des Gehirns, der von therapeutischem Interesse ist. Zusätzlich werden Mikrobläschen in die Blutbahn eingebracht. Wenn die Blasen die Gehirnkapillaren erreichen und mit dem Ultraschall zusammenfallen, beginnen sie zu vibrieren. Das Epithelgewebe der Blut-Hirn-Schranke beginnt nachzugeben, und dann öffnen sich kleine Risse, durch die die Moleküle der Medikamente passieren, um die Pathologie zu behandeln, die das zentrale Nervensystem betrifft.

Personalisierte und kostengünstige Hologramme

Das Hologramm wird mit einem 3D-Drucker gedruckt und für jeden Fall individuell angepasst. „Nehmen wir zum Beispiel an, der Arzt muss einen Ultraschall der Amygdala des Patienten machen. Dafür würden sie uns einen CAT-Scan und ein MRT des Kopfes des Patienten zur Verfügung stellen, auf deren Grundlage sie den Behandlungsbereich identifizieren und segmentieren würden. Basierend Anhand dieser Informationen entwerfen wir das Hologramm, das wir benötigen, um den Ultraschall der interessierenden Region zu erhalten “, erklärte Sergio Jiménez, Arzt bei UPV und derzeit Mitarbeiter der Gruppe der Columbia University, der auch die niedrigen Kosten der Hologramme bemerkte, deren Die Kosten liegen je nach medizinischer Anwendung zwischen 40 und 300 Euro.

Die Studie ist erschienen in IEEE-Transaktionen zur Biomedizinischen Technik. Derzeit arbeitet das Forscherteam von UPV, CSIC und der Columbia University daran, diese neue Technologie zum Öffnen der Blut-Hirn-Schranke bei nichtmenschlichen Primaten. Das Team entwirft die ersten Protokolle für Experimente am Menschen zur Behandlung Gehirntumore und durchführen Gehirn Neurostimulationsstudien.


Ein kostengünstiges 3D-gedrucktes Gerät kann die Verwendung von fokussiertem Ultraschall erweitern


Mehr Informationen:
Sergio Jimenez-Gambin et al, Acoustic Holograms for Bilateral Blood-Hirn Barrier Opening in a Mouse Model, IEEE-Transaktionen zur Biomedizinischen Technik (2021). DOI: 10.1109 / TBME.2021.3115553

Zur Verfügung gestellt von der Universitat Politècnica de Valencia

Zitat: 3D-gedruckte akustische Hologramme gegen Alzheimer oder Parkinson (2022, 17. Mai), abgerufen am 18. Mai 2022 von https://medicalxpress.com/news/2022-05-3d-printed-acoustic-holograms-alzheimer-parkinson.html

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