阿尔茨海默氏症和癌症可能很快就会用我们听不到的声音来治疗

频率高于人类听觉阈值的声波是常规用于医疗保健.

这些声波也称为超声波，可以帮助临床医生诊断和监测疾病，还可以让您第一眼了解您最新的家庭成员。

而现在，病情不等的患者从癌症到神经退行性疾病喜欢阿尔茨海默氏症可能很快就会从这项技术的最新进展中受益。

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我是一个生物医学工程师谁研究如何聚焦超声– 将声能集中到特定体积中 – 可以微调以治疗各种情况。

在过去的几年里，这项技术在临床上取得了显着的发展和应用。研究人员不断发现使用聚焦超声治疗疾病的新方法。

聚焦超声简史

产生超声波使用含有将电流转换为振动的材料的探头，反之亦然。当超声波穿过身体时，它们会从不同类型组织的边界反射。探头检测这些反射并将它们转换回电信号，计算机可以使用这些信号创建这些组织的图像。

80 多年前，科学家们发现，将这些超声波聚焦成大约一粒米粒大小的体积可以加热并破坏脑组织。这种效果类似于用放大镜集中阳光来点燃干燥的叶子。

早期的研究人员开始测试聚焦超声如何治疗神经系统疾病、疼痛，甚至癌症.

然而，尽管有这些早期发现，但在临床上应用聚焦超声仍存在技术障碍。例如，由于头骨吸收超声波能量，因此发送能量足够高的聚焦束以到达受损的脑组织被证明是困难的。

研究者最终克服了这个问题通过将大型超声换能器阵列（在电信号和振动之间转换的探头）与有关颅骨形状和密度的基于图像的信息集成在一起。这一变化使研究人员能够更好地根据目标微调光束。

直到近年来科学家们在成像技术和声学物理方面取得重大进展后，超声波的前景才在临床上实现。数百项临床试验旨在治疗数十种疾病的研究已经完成或正在进行中。

研究人员在一种名为特发性震颤，这会导致不受控制的颤抖，通常是手的颤抖。特发性震颤的聚焦超声治疗现在在许多地点常规执行世界各地。

我相信聚焦超声的一些最令人兴奋的应用包括改善大脑的药物输送、刺激针对癌症的免疫反应以及治疗中枢神经系统的罕见疾病。

将药物输送到大脑

这血脑屏障是进化论让有毒物质远离这个最关键器官的精致解决方案。血脑屏障由血管内部排列的非常紧密连接的细胞组成。

它只允许某些类型的分子进入大脑，防止病原体和毒素。然而，血脑屏障在治疗疾病时存在问题，因为它会阻止治疗达到预期目标。

20 多年前，开创性的研究确定，发送低强度聚焦超声脉冲可以暂时打开血脑屏障通过引起血管中的微气泡振荡。

这种振荡推拉周围的血管壁，短暂地打开微小的孔隙，使血液中的药物能够渗透到大脑中。至关重要的是，血脑屏障仅在应用聚焦超声的地方打开。

经过多年测试该技术的安全性并改进对超声能量的控制，研究人员开发了几种使用聚焦超声打开血脑屏障进行治疗的设备。

临床试验测试这些设备将药物输送到大脑以治疗以下疾病的能力胶质母细胞瘤,脑转移和阿尔茨海默病正在进行中。

与此同时，在开发针对多种脑部疾病的基因疗法方面取得了重大进展。基因治疗涉及修复或更换有缺陷的遗传物质以治疗特定疾病。

将基因疗法应用于大脑尤其具有挑战性，因为此类疗法通常不会穿过血脑屏障。

动物研究表明，使用聚焦超声打开血脑屏障可以促进基因疗法的交付到达大脑中的预期目标，为在人类身上测试这项技术打开了大门。

刺激针对癌症的免疫反应

癌症免疫疗法指导患者自身的免疫系统对抗疾病。然而，许多患者——尤其是那些患有乳腺癌、胰腺癌和胶质母细胞瘤的患者——的肿瘤免疫学上“冷”，这意味着它们对传统免疫疗法没有反应。

研究人员了解到，聚焦超声可以破坏实体瘤，从而使免疫系统能够更好地识别和破坏癌细胞.

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聚焦超声做到这一点的一种方法是将肿瘤变成碎片，然后真正流向淋巴结。一旦淋巴结中的免疫细胞遇到这些碎片，它们就可以启动针对癌症的免疫反应。

受这些突破的启发，弗吉尼亚大学开始了世界上第一个聚焦超声免疫肿瘤中心2022 年支持该领域的研究，并将最有前途的方法推向临床。

例如，我的同事是开展临床试验在中心测试使用聚焦超声和免疫疗法治疗晚期黑色素瘤.

用聚焦超声治疗罕见疾病

聚焦超声的研究主要集中在最具破坏性和最普遍的疾病上，例如癌症和阿尔茨海默病。然而，我相信聚焦超声在临床上的进一步发展和使用增加最终将使罕见病患者受益。

我的实验室特别感兴趣的一种罕见疾病是脑海綿状血管畸形，或 CCM.CCM 是大脑中的病变，当构成血管的细胞不受控制地生长时就会发生。虽然不常见，但当这些病变生长和出血时，它们会导致使人衰弱的神经系统症状.

CCM 最常见的治疗方法是手术切除脑部病变;然而，一些 CCM 位于难以进入的大脑区域，从而产生副作用的风险。放射治疗是另一种治疗选择，但它也可能导致严重的不良反应。

我们发现，使用聚焦超声打开血脑屏障可以改善向 CCM 的药物输送.此外，我们还观察到聚焦超声治疗本身可以阻止 CCM 增长在小鼠中，即使不给药。

虽然我们还不了解聚焦超声如何稳定 CCM，对安全性的丰富研究在接受其他疾病治疗的患者中使用这种技术，使神经外科医生能够开始设计临床试验，测试该技术在 CCM 患者身上的使用。

随着进一步的研究和进步，我希望聚焦超声能够成为许多毁灭性罕见疾病的可行治疗选择。

理查德·普莱斯，生物医学工程教授，弗吉尼亚大学

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