Innovaatio mahdollistaa tarkan, ei-invasiivisen kohdentamisen. Oxfordin asiantuntijoiden löydön yksityiskohdat
Tutkijaryhmä University College Londonista (UCL) ja Oxfordin yliopistosta esitteli transkraniaalisen ultraäänitutkimusjärjestelmän, joka pystyy tarkasti moduloimaan ihmisen aivojen syviä alueita ilman invasiivisia toimenpiteitä. Löytö julkaistiin Nature Communications -lehdessä, ja se voi olla avain Parkinsonin taudin kaltaisten sairauksien hoitoon.
Tutkimuksen tekijöiden mukaan tämä innovaatio syntyi tilanteessa, jossa käytettävissä olevat aivojen stimulaatiomenetelmät ovat tehokkaita joillekin potilaille, mutta niillä on rajoituksia.
Tässä tilanteessa uusi ultraäänikypärä tarjoaa jotain, mikä on tähän asti tuntunut saavuttamattomalta: paikallisen, palautuvan ja tarkan stimulaation ilman kallon avaamista.
Tämän läpimurron merkitys on siinä, että aivojen syvät rakenteet, kuten perusgangliat ja talamuksen ytimet, ovat perustavanlaatuisia ihmisen käyttäytymiselle.
Työkalu, joka pystyy tarkasti moduloimaan näitä alueita ilman kirurgista puuttumista, avaa uusia mahdollisuuksia sekä terapiaan että perustutkimukseen aivojen toiminnasta.
Brittiläisen tiimin kehittämä kypärä sisältää 256 ultraäänilähetintä, jotka on sijoitettu ellipsoidiseen rakenteeseen , joka istuu tiukasti potilaan päähän. Kun järjestelmä on kytketty MRI-skanneriin, se voi ohjata ultraäänipulsseja aivojen sisällä olevaan pisteeseen, joka on riisinjyvän kokoinen. Tämä vastaa 30 kertaa suurempaa tarkkuutta kuin aiemmilla syväultraäänidiagnostiikkalaitteilla saavutettiin.
”Se on 256 lähteellä varustettu kypärä, joka asetetaan MRI-laitteeseen”, selitti Ioana Grigoras Oxfordin yliopistosta, joka osallistui testeihin. ”Aluksi se on kömpelö ja aiheuttaa klaustrofobiaa, mutta sitten siihen tottuu.”
Tämä alkuperäinen epämukavuus kompensoituu tuloksilla. Kokeissa seitsemällä terveellä vapaaehtoisella tutkijat ohjasivat aaltoja lateraaliseen polvimunuaisiin – pieneen talamuksen alueeseen, joka toimii visuaalisen informaation välittäjänä silmistä aivoihin. ”Aallot saavuttivat tavoitteensa hämmästyttävällä tarkkuudella”, sanoi professori Charlotte Stagg, tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. ”Se oli sinänsä uskomatonta, eikä kukaan ole koskaan saavuttanut vastaavaa tulosta.”
Koe osoitti paitsi aaltojen tarkan kohdentamisen mahdollisuuden myös sen, että indusoitu modulaatio vaikutti pitkäaikaisesti aivojen hermoverkkoihin. Tässä tapauksessa aivojen näköaivokuori vähensi aktiivisuuttaan stimulaation jälkeen. Stegg havainnollisti tätä seuraavasti: ”Parkinsonin tautia sairastavilla potilailla vastaava vaikutus olisi vaikutus motorisen kontrollin alueeseen ja vapinan häviämisen havaitseminen.”
Asiantuntijoiden mukaan transkraniaalinen ultraäänitutkimus (TUZI) ei ole uusi asia lääketieteessä. Sitä on tutkittu vuosikymmenten ajan välineenä syvien rakenteiden tutkimiseen, mutta aina on ollut yksi este : riittämätön tarkkuus. Matalataajuiset aallot tunkeutuivat hyvin kalloon, mutta hajosivat liikaa; korkeataajuiset aallot olivat tarkemmin kohdennettuja, mutta heikkenivät yrittäessään läpäistä luun esteen. Tämä ristiriita tunkeutuvuuden ja tarkkuuden välillä jätti tämän teknologian täyttymättömien toiveiden tilaan.
Tutkijoiden mukaan uusi kypärä poistaa tämän rajoituksen. Asettamalla 256 puolipallon muotoista säteilijää ja ohjaamalla niitä itsenäisesti, järjestelmä voi keskittää energian tiettyyn pisteeseen ilman liiallista vaikutusta ympäröiviin alueisiin. Lisäksi integrointi toiminnalliseen magneettikuvaukseen mahdollistaa aivojen aktiivisuuden muutosten seurannan reaaliajassa, mikä tarjoaa lisä turvallisuutta ja mahdollisuuden säätää parametreja välittömästi.
Paikannuksen tarkkuutta on myös parannettu stereotaktisella kasvo- ja kaulamaskilla, joka on valittu yksilöllisesti jokaiselle osallistujalle. Tämä poisti tarpeen käyttää ruuvikiinnitteisiä kirurgisia kehyksiä, joita käytetään usein ablaatiomenetelmissä, kuten magneettikuvausohjattu fokusoitu ultraääni (MR-FUS) . Tämä teki toimenpiteestä ei-invasiivisen ja täysin palautuvan.
Testit osoittivat, että järjestelmä ei vain saavuttanut lateraalista genuinaarista, vaan myös aiheutti mitattavia muutoksia siihen liittyvissä aivojen hermoverkostoissa, mikä vahvistettiin fMRI-tutkimuksella. Asiantuntijoille tämä on tärkeä askel: ensimmäistä kertaa on saatu näyttöä siitä, että laite voi moduloida aivojen syviä alueita millimetrin tarkkuudella ilman kirurgista puuttumista.
Charlotte Stagg muistelee, kuinka kauan meidän piti kulkea tätä tavoitetta kohti: ”Kun aloitimme projektin, olin raskaana tyttärestäni. Nyt hän on 12-vuotias. Toivomme näkevämme ensimmäiset kliiniset esimerkit ennen kuin hän menee yliopistoon.”
Laboratoriosta klinikalle: avoin tie
Kypärän terapeuttinen potentiaali on valtava. Ensinnäkin se voi olla vähemmän riskialtis vaihtoehto syväaivostimulaatiolle Parkinsonin tautia sairastaville potilaille.
Mutta sen käyttöalue on paljon laajempi. Tekijöiden mukaan samaa periaatetta voidaan soveltaa resistenttiin masennukseen, skitsofreniaan, riippuvuuteen, krooniseen kipuun ja Touretten oireyhtymään liittyvien alueiden moduloimiseen. Sen uskotaan myös olevan hyödyllinen työkalu perus kognitiivisten prosessien, muistista tietoisuuteen, parempaan ymmärtämiseen.
”Pitkän aikavälin tavoitteemme on muuttaa järjestelmä käytännölliseksi kliiniseksi työkaluksi, joka voi tulevaisuudessa täydentää tai jopa korvata invasiivisia aivoimplantteja”, selitti Ellie Martin, UCL:n opettaja ja osa laitteen kehittäjätiimiä.
Nykyisessä muodossaan laite vaatii edelleen MRI-skannerin käyttöä, mikä rajoittaa sen käyttöä jokapäiväisessä käytännössä. Yksi kehittäjistä, Brad Tribi, on kuitenkin ilmoittanut jo työskentelevänsä yrityksen perustamiseksi, jonka tavoitteena on tuottaa mukavampia ja edullisempia versioita kypärästä. Tekoälyn tuella kypärän odotetaan toimivan tulevaisuudessa itsenäisesti ilman MRI-skanneria, mikä avaa mahdollisuuden käyttää sitä jopa kotona lääkärin valvonnassa.
Tutkijat korostavat, että kliiniset potilastutkimukset eivät ole vielä päättyneet ja että turvallisuus ja tehokkuus on arvioitava jokaisen yksittäisen käyttöaiheen osalta. Kokeellinen konseptin testaus on kuitenkin jo osoittanut, että menetelmä on toimiva ja mahdollistaa sen, mitä mikään muu menetelmä ei ole aiemmin onnistunut saavuttamaan: syvien alueiden fokaalisen stimulaation ilman kirurgista toimenpidettä.
Tekijöiden mukaan kyseessä on vasta kehittymässä oleva menetelmä, mutta sillä on mullistava potentiaali. Jos kliiniset tutkimukset vahvistavat terveillä vapaaehtoisilla saadut tulokset, lääketiede voi saada käyttöönsä välineen, joka voi muuttaa miljoonien neurologisista sairauksista kärsivien ihmisten elämän, joiden hoito on tähän asti ollut vaikeaa.
