Ultralyd og bobler hjelper medisiner inn i hjernen

Ultralyd og bobler gir håp for bedre behandling av flere sykdommer. Kombinasjonen kan hjelpe medisiner forbi filteret som beskytter hjernen.

Ultralyd og bobler hjelper medisiner inn i hjernen
Det kan være vanskelig å føre medisiner inn i hjernen, for hjernen har et effektivt filter. Men ny teknologi gjør det enklere. Nå vil forskere teste metoden ut på mennesker med hjernekreft. Illustrasjon: NTB/Shutterstock

Heldigvis har hjernen et filter som beskytter den og resten av sentralnervesystemet mot fremmedelementer som kan skade vevet, for eksempel sykdomsfremkallende stoffer.

Dette filteret kaller vi blod-hjernebarrieren. Den består av proteiner som binder sammen cellene i blodåreveggen og danner en effektiv fysisk barriere som normalt er helt livsnødvendig.

Filteret stanser vanligvis 100 prosent av de store molekylene og 98 prosent av de små som befinner seg i blodbanen.

Medisiner kan ikke passere filteret

Men filteret byr også på problemer når vi skal behandle sykdommer. For medisiner kan ikke passere det.

– Blod-hjernebarrieren kan forhindre effektiv behandling av mange sykdommer i hjernen, sier professor Catharina de Lange Davies ved Institutt for fysikk ved NTNU.

Av 7000 medisiner som består av små molekyler, er bare 5 prosent myntet på sentralnervesystemet. Få av dem er særlig effektive. Dette skyldes i stor grad blod-hjernebarrieren.

For eksempel kan filteret stanse cellegiften som folk med hjernesvulst trenger, og stanse medikamenter mot sykdommer som Alzheimer eller Parkinsons.

Ultralyd og bobler lurer filteret

En løsning flere forskere jobber med, er å injisere mikrobobler i blodet og behandle hjernen med fokusert ultralyd.

Tegning som viser prinsippet for «Acoustic Cluster Therapy», ACT.
Prinsippet for «Acoustic Cluster Therapy», ACT. Illustrasjon: Exact Therapeutics

Ultralyd får boblene i blodårene i hjernen til å vibrere. Dette skaper mekaniske krefter som virker på blodåreveggen og dermed åpner blod-hjernebarrieren.

Forskere ved Insitutt for fysikk ved NTNU har i samarbeid med bedriften Exact Therapeutics tatt i bruk en helt ny type gassboble som er større enn gassboblene som er brukt tidligere. Denne teknikken kalles «Acoustic Cluster Therapy» eller ACT.

Tegning som viser prinsippet for «Acoustic Cluster Therapy», ACT.
Her kan du sammenlikne størrelsen på vanlige mikrobobler som er laget for ultralydavbilding og den store «Acoustic Cluster Therapy»-boblen som er i direkte kontakt med store deler av blodåreveggen. Illustrasjon: Exact Therapeutics
  • Små klynger, såkalte «clusters», består av en negativt ladet mikroboble som fester seg til en positivt ladet oljedråpe. Disse blir injisert i blodet.
  • Ultralyd rettes deretter mot hjernen. Dette får mikroboblen til å vibrere og overføre energi til oljedråpen som sammen går over i en samlet, forstørret mikroboble, med 1000 ganger større volum enn andre kommersielle mikrobobler for ultralyd.
  • På grunn av av størrelsen på mikroboblen legger den seg langs blodåreveggen i kapillærene i kontakt med mange av cellene som danner blod-hjernebarrieren. Et nytt sett av ultralydpulser får den store gassboblen til å vibrere og effektivt åpne blod-hjernebarrieren.

Samtidig kan vi injisere legemidler for eksempel kapslet inn i nanopartikler. Forskerne ved NTNU har vist at ved bruk av ACT kan slike nanopartikler passere blod-hjerne barrieren og komme frem til hjernevevet i mus.

Resultatene er svært lovende og trygge.

Slipper medisiner gjennom

– Metoden øker gjennomtrengeligheten over blod-hjernebarrieren. Den øker også opptaket av store molekyler og nanopartikler i hjernen, sier professor de Lange Davies. – I museforsøkene våre har vi vist at blod-hjernebarrieren lukker seg etter cirka et døgn, og vi finner ingen vesentlige skader på hjernevevet.

Figuren viser røde nanopartikler som har passert blod-hjernebarrieren (farget i grønn) og kommet inn i hjernevevet etter ACT-behandling .
Figuren viser røde nanopartikler som har passert blod-hjernebarrieren (farget i grønn) og kommet inn i hjernevevet etter ACT-behandling . Til venstre ser vi at ingen røde nanopartikler passerer blod-hjernebarrieren i ubehandlet hjerne. Til høyre vises økningen (3,7 ganger mer) av antall nanopartikler (kalt CCPM) etter ACT-behandling sammenliknet med ubehandlet kontroll. Illustrasjon: NTNU

Ultralyd i kombinasjon med mikrobobler er i dag den eneste metoden for å åpne blod-hjernebarrieren som bare påvirker forholdene lokalt, og som ikke ødelegger vevet

Vil bruke metoden på pasienter med hjernekreft

– Dette er stort steg i retningen av bedre behandling av ulike hjernesykdommer, sier de Lange Davies.

I dag foregår det uttesting på pasienter med hjernekreft og med Alzheimers i andre land. Her brukes ultralyd i kombinasjon med mindre gassbobler som er laget som kontrastmiddel for ultralydavbildning. Disse studiene viser at det ikke er noen bivirkninger av behandlingen.

– Vi synes dette er spennende og oppløftende resultater. Nå vil vi gjerne undersøke ACT-teknologien i pasienter med ondartet hjernekreft, sier de Lange Davies.

Artikkelen ble først publisert på Gemini.no

Les også