На сегодняшний день стандартным методом радикального лечения заболеваний головного мозга является хирургическое вмешательство для удаления определенных участков мозга (например, опухолей), в процессе которого выполняются трепанация черепа (вскрытие черепной коробки) и дальнейший разрез здоровых тканей на пути к целевому участку. Такое вмешательство связано с риском кровотечений, инфекционных и иных послеоперационных осложнений, а исход операции в значительной степени зависит от размера целевого участка и его расположения в мозге.

Активно развиваемые сейчас методы неинвазивной хирургии с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU – high-intensity focused ultrasound) позволяют бесконтактно разрушать задаваемые участки головного мозга за счет нагревания ткани ультразвуком под контролем МРТ до температур теплового некроза. Технология теплового HIFU используется в клиниках России и других стран для лечения двигательных расстройств (эссенциального тремора, тремора при болезни Паркинсона, дистонии и др.) путем создания локализованных тепловых разрушений внутри головного мозга.

Несмотря на успехи клинического использования транскраниальной HIFU-хирургии, ее применение пока ограничено воздействием на центральные отделы головного мозга – таламус и бледный шар – из-за опасности перегрева эффективно поглощающих ультразвук костей черепа при неглубокой фокусировке. Также ограничивающими факторами являются охлаждение нагреваемой области кровотоком и диффузия тепла, снижающие точность воздействия, а также необходимость использования дорогостоящих аппаратов МР-термографии для контроля температуры во время операции.

Гистотрипсия с кипением (ГК) - новый развивающийся метод HIFU, позволяющий неинвазивно (т.е. бесконтактно, без разреза) механически разрушать нежелательные биологические ткани в организме человека (например, опухоли) с помощью коротких HIFU-импульсов с ударными фронтами в фокусе. Сверхбыстрый нагрев ткани в фокусе вызывает ее вскипание в течение миллисекунд и образование паровых полостей и кавитационных микропузырьков. Их взаимодействие с ударными фронтами ультразвуковой волны приводит к механическому разрушению (ликвификации) ткани до субклеточных фрагментов. Нетепловой механизм такого воздействия может позволить минимизировать ограничения существующих методов теплового HIFU и расширить область клинических показаний для лечения с помощью фокусированного ультразвука. Так, метод позволяет контролировать процесс воздействия с помощью обычного диагностического ультразвука (УЗИ): паро-газовые включения в ткани в процессе разрушения предстают яркими на УЗИ, а разжиженная биоткань – темной.

Проведенные в нашей лаборатории численные эксперименты уже показали возможность реализации условий и безопасного использования гистотрипсии с кипением при транскраниальной фокусировке ультразвука в ткани мозга, в том числе и близко к черепу. Однако сама способность механически разрушать ткань человеческого мозга с использованием данного метода еще не была исследована экспериментально. Результаты исследований, опубликованные в нашей статье совместно с Университетской клиникой МНОИ МГУ, НИИ пульмонологии и НИИ морфологии человека были в первую очередь посвящены экспериментальной демонстрации возможности ГК-разрушения тканей головного мозга человека, для начала, ex vivo (т.е. вне организма) и в отсутствие черепа.

ГК-облучение различных тканей головного мозга человека (серого вещества, белого вещества, таламуса и бледного шара) проводилось под УЗИ-контролем с варьируемыми параметрами воздействия. Полученные разрушения анализировались на макроуровне (путем разрезания и фотографирования), микроуровне (гистологически), а также на ультраструктурном уровне (методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии). Все эксперименты сопровождались предварительными измерениями жесткости биологических тканей методом эластографии сдвиговой волной, поскольку восприимчивость к гистотрипсии в основном определяется упругими свойствами облучаемой ткани.

В проведенных исследованиях впервые была показана возможность ГК-разрушения различных тканей головного мозга человека ex vivo до субклеточных фрагментов. Процесс разрушения удалось ускорить при использовании более коротких импульсов с большей амплитудой без потери эффективности. Также было показано, что более жесткое белое вещество мозга, состоящее в основном из нервных волокон, разрушается сложнее, чем более мягкое серое вещество, состоящее из тел нервных клеток. Кроме того, впервые удалось получить механические разрушения в таламусе и бледном шаре – тех отделах мозга, которые в современной клинической практике подвергаются тепловому HIFU-разрушению для лечения двигательных расстройств под контролем дорогостоящего МРТ.

Наши дальнейшие исследования будут направлены на экспериментальное подтверждение реализуемости метода при наличии костной ткани на пути ультразвукового пучка для приближения лабораторного эксперимента к клиническим условиям. При успешном внедрении метода в клиническую практику в будущем он позволит сократить количество открытых операций на головном мозге и снизить стоимость таких вмешательств за счет возможности бесконтактного разрушения целевых участков мозга под УЗИ-контролем.

Подробности – в тексте статьи.