Биоразлагаемый ультразвук открывает кровь

Aug 22, 2023

Новый биоразлагаемый ультразвук, гораздо более мощный, чем предыдущие устройства, может сделать рак мозга более поддающимся лечению, сообщают исследователи Университета Коннектикута в журнале Science Advances. Исследование было поддержано Национальным научным фондом США.

Когда у человека диагностируют раковую опухоль головного мозга, ее обычно удаляют хирургическим путем, а затем применяют химиотерапию, чтобы уничтожить оставшиеся раковые клетки. Но рак головного мозга особенно устойчив к химиотерапии, поскольку слизистая оболочка кровеносных сосудов предотвращает прохождение крупных молекул, которые потенциально могут нанести вред мозгу.

Они также не позволяют полезным химиопрепаратам и другим терапевтическим средствам уничтожать раковые клетки мозга и лечить другие заболевания головного мозга. Как известно, один безопасный и эффективный способ преодолеть гематоэнцефалический барьер — использовать ультразвук, чтобы потрясти клетки настолько, чтобы открыть поры, достаточно большие, чтобы позволить лекарству пройти.

«Творческие решения этой команды важной человеческой проблемы демонстрируют силу интеграции инженерии с медициной»

- Кэтрин Яблоков

Но провести ультразвук через толстый человеческий череп непросто. Как правило, несколько мощных ультразвуковых устройств необходимо стратегически разместить вокруг черепа и тщательно сфокусировать на месте опухоли с помощью аппарата МРТ сразу после проведения химиотерапии в больнице.

«Мы можем избежать всего этого, используя устройство, имплантированное в сам мозг», — говорит биомедицинский инженер Тхань Нгуен. «Мы можем использовать его неоднократно, позволяя химиотерапии проникать в мозг и уничтожать опухолевые клетки». В продаже уже имеется имплантируемое ультразвуковое устройство, но оно изготовлено из керамических материалов, которые потенциально токсичны и должны быть удалены хирургическим путем после завершения лечения.

Исследователи придумали новое решение. Они вырастили кристаллы глицина, а затем намеренно разбили их на кусочки размером всего в несколько сотен нанометров. Затем они сформовали их (под высоким напряжением в процессе, называемом электропрядением) с поликапролактоном (PCL), биоразлагаемым полимером, чтобы создать пьезоэлектрические пленки, состоящие из нановолокон глицина и PCL.

При небольшом напряжении пленка может генерировать ультразвук мощностью 334 кПа, примерно столько же, сколько керамический ультразвуковой имплантат головного мозга. Команда покрывает пленку глицин-ПКЛ другими биоразлагаемыми полимерами, чтобы защитить ее. Поли-L-лактид, одно из возможных покрытий, разлагается примерно через шесть недель.

Команда провела шестимесячную проверку безопасности устройства, имплантированного в мозг, и обнаружила, что оно не оказывает вредного воздействия на здоровье мышей. Теперь они начнут тестирование безопасности и эффективности на крупных животных.

«Творческие решения этой команды важной человеческой проблемы демонстрируют силу интеграции инженерии с медициной», — говорит Кэтрин Яблоков, программный директор Инженерного управления NSF.