Φορητός υπέρηχος στοχεύει προβληματικές περιοχές στον εγκέφαλο

Οι ασθένειες του ανθρώπινου εγκεφάλου, όπως η νόσος του Πάρκινσον, επηρεάζουν περισσότερες από μία περιοχές του οργάνου, απαιτώντας τεχνολογία που θα μπορούσε να αντιμετωπίσει με ακρίβεια και ευελιξία όλες τις πληγείσες περιοχές ταυτόχρονα.

Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, ανέπτυξαν μια μη επεμβατική τεχνολογία που συνδυάζει μια ολογραφική ακουστική συσκευή με τη γενετική μηχανική. Αυτή η συσκευή τους επιτρέπει να στοχεύουν με ακρίβεια συγκεκριμένους νευρώνες μέσα στον εγκέφαλο.

Η Χονγκ Τσεν, αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής στη Σχολή Μηχανικών McKelvey και νευροχειρουργικής στην Ιατρική Σχολή του ίδιου πανεπιστημίου και η ομάδα της, ανέπτυξαν μια τεχνική που ονομάζεται AhSonogenetics (Airy-beam holographic sonogenetics). Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μια μη επεμβατική φορητή συσκευή υπερήχων για την τροποποίηση γενετικά επιλεγμένων νευρώνων σε εγκεφάλους ποντικιών.

Η AhSonogenetics ενσωματώνει αρκετές από τις πρόσφατες ανακαλύψεις της ομάδας της Τσεν σε μια ενιαία τεχνολογία. Το 2021, η ομάδα εισήγαγε την Sonogenetics, μια τεχνική που χρησιμοποιεί εστιασμένους υπερήχους για να μεταφέρει μια ιογενή κατασκευή που περιέχει κανάλια ιόντων, σε γενετικά επιλεγμένους νευρώνες στον εγκέφαλο. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν υπερήχους χαμηλής έντασης για να παραδώσουν μια μικρή δόση θερμότητας, η οποία ανοίγει τους διαύλους ιόντων και ενεργοποιεί τους νευρώνες. Η ομάδα της Τσεν ήταν η πρώτη που έδειξε ότι η ηχογενετική μπορεί να διαμορφώσει τη συμπεριφορά των ποντικιών που κινούνταν ελεύθερα.

Το 2022, οι ερευνητές σχεδίασαν και εκτύπωσαν τρισδιάστατα μια ευέλικτη συσκευή η οποία τους επέτρεψε να χειριστούν τις δέσμες υπερήχων. Τώρα, η ομάδα αναπτύσσει την Sonogenetics 2.0, μια τεχνική που συνδυάζει τα οφέλη του υπερήχου και της γενετικής μηχανικής για τη μη επεμβατική και ακριβή διαμόρφωση συγκεκριμένων νευρώνων στον εγκέφαλο ανθρώπων και ζώων.

Sonogenetics: Η τεχνολογία πίσω από τη συσκευή

Η Sonogenetics παρέχει στους ερευνητές μια ακριβή μέθοδο ελέγχου της εγκεφαλικής δραστηριότητας, ενώ η τεχνολογία airy-beam επιτρέπει την κάμψη ή την κατεύθυνση των ηχητικών κυμάτων για τη δημιουργία αυθαίρετων μοτίβων δέσμης εντός του εγκεφάλου με υψηλή χωρική ανάλυση.

Σύμφωνα με τον Γιαοχένγκ Γιανγκ, μεταδιδακτορικό ερευνητικό συνεργάτη, αυτή η τεχνολογία προσφέρει τρία πλεονεκτήματα στους επιστήμονες.

«Το Airy Beam είναι μια τεχνολογία που μπορεί να στοχεύσει με μεγάλη ακρίβεια μια μικρότερη περιοχή, σε σχέση με τη συμβατική τεχνολογία, είναι ευέλικτη και μπορεί να στοχεύσει πολλές περιοχές του εγκεφάλου ταυτόχρονα», είπε ο Γιανγκ.

Η Τσεν και η ομάδα της σχεδίασαν ξεχωριστά κάθε μεταεπιφάνεια Airy-beam ώστε να χρησιμεύει ως βάση για φορητές συσκευές υπερήχων προσαρμοσμένες για διάφορες εφαρμογές και συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Η ομάδα δοκίμασε την τεχνική σε μοντέλο ποντικού με νόσο του Πάρκινσον. Χρησιμοποιώντας την AhSonogenetics, κατάφερε να διεγείρει με επιτυχία δύο περιοχές του εγκεφάλου ταυτόχρονα σε ένα μόνο ποντίκι. Αυτή η διέγερση ανακούφισε τα κινητικά συμπτώματα που σχετίζονται με τη νόσο του Πάρκινσον στο μοντέλο του ποντικιού.

Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences».

ΠΗΓΗ: Interesting Engineering