Instytut Podstawowych Problemów Techniki

Dec-2023/07/X/ST7/00707

2023-10-05 / 2025-04-04

Jedyny wykonawca

NCN

Miniatura

7

Leczenie farmakologiczne wielu chorób ośrodkowego układu nerwowego (OUN) jest utrudnione ze względu na obniżoną praktycznie do zera wydajność transportu cząsteczek leków o masie cząsteczkowej > 400Da z krwi do tkanki nerwowej lub jej przestrzeni płynowych. Wynika to z faktu istnienia struktury bariery krew-mózg (ang. blood–brain barrier, BBB), która jest silnie selektywną barierą przepuszczającą głównie składniki odżywcze oraz inne cząsteczki, które są istotne z punktu widzenia funkcjonowania neuronów. BBB zabezpiecza także OUN przed dostaniem się do niego niepożądanych substancji. Bariera krew-mózg zbudowana jest głównie z komórek śródbłonka, które otoczone są przez perycyty i wyrostki astrogleju. Komórki śródbłonka naczyń włosowatych połączone są ze sobą w ścisły sposób poprzez tzw. strefy zamykające (ang. tight junctions). Połączenia komórek śródbłonka mogą zostać zakłócone w stopniu odwracalnym za pomocą mikropęcherzyków i fali ultradźwiękowej. Wprowadzone do układu krwionośnego mikropęcherzyki pod wpływem ekspozycji na falę ultradźwiękową o odpowiednich parametrach zaczynają kurczyć się i rozszerzać powodując tym samym zakłócenie stref zamykających i umożliwiając większym cząsteczkom dostanie się do tkanki nerwowej lub jej przestrzeni płynowych i aktywne działanie terapeutyczne. Po czasie kilku godzin bariera wraca do swojego stanu początkowego zapewniając chronę dla OUN. Pod wpływem fali ultradźwiękowej mikropęcherzyki mogą zostać wprowadzone w dwa rodzaje oscylacji – stabilne i niestabilne. Oscylacje stabilne są bezpieczne i w przypadku zastosowania do otwierania BBB jak najbardziej pożądane, natomiast oscylacje niestabilne mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń tkanki. Wprowadzone w niestabilne oscylacje mikropęcherzyki charakteryzują się nieliniowym kurczeniem się i rozszerzaniem, co w skrajnym przypadku może prowadzić do zapadnięcia się pęcherzyka i wytworzenie tzw. micro-jet’u niszczącego tkankę. Nieliniowe oscylacje powodują także zmianę widma fali odbitej/wygenerowanej przez mikropęcherzyki, co można zaobserwować za pomocą hydrofonu umieszczonego w pobliżu pęcherzyków. Głównym celem proponowanych działań jest zapewnienie nieinwazyjnego i bezpiecznego otwierania bariery krew-mózg w przyszłych badaniach poprzez detekcję i analizę składowych podharmonicznych, harmonicznych i ultraharmonicznych sygnału odbieranego przez hydrofon podczas oscylacji mikropęcherzyków wzbudzanych zogniskowaną falą ultradźwiękową. W ramach prowadzonych badań zostanie opracowana procedura wprowadzania mikropęcherzyków w stabilne oscylacje zdolne zakłócić barierę krew-mózg. W szeregu eksperymentów mikropęcherzyki, np. stosowane powszechnie w diagnostyce (SonoVue, Bracco) w obrazowaniu ultradźwiękowym wzmocnionym kontrastem, zostaną umieszczone w wodzie, jako uproszczonym układzie bez zakłóceń związanych z tkanką, gdzie będą pobudzane falą ultradźwiękową o różnych parametrach akustycznych (m.in. częstotliwości fali, ciśnieniu, częstotliwości powtarzania, wypełnieniu sygnału). Poza wiązką akustyczną zostanie umieszczony hydrofon igłowy, który będzie rejestrował falę odbitą i wygenerowaną przez mikropęcherzyki. W czasie rzeczywistym badane będzie widmo sygnału, tak aby zarejestrować pojawienie się składowych podharmonicznych i ultraharmonicznych charakterystycznych dla nieliniowych oscylacji bąbelków. W ten sposób dla różnych parametrów wiązki ultradźwiękowej oraz ułożenia przestrzennego hydrofonu względem mikropęcherzyków zostaną zbadane widma sygnału odebranego przez hydrofon i opracowana procedura detekcji nieliniowych oscylacji pęcherzyków. Jest to istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa otwierania bariery krew-mózg i przeprowadzenia dalszych badań związanych z ultradźwiękowym zakłócaniem BBB na modelach zwierzęcych.