Wie Ultraschall helfen könnte, Parkinson einzudämmen
Es gibt zwei große Stolpersteine bei der Entwicklung wirksamer Medikamente gegen Alzheimer, Parkinson und andere Krankheiten, die das Gehirn zerstören. Das erste ist die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke, und das zweite ist die Abgabe des Arzneimittels an einen genauen Ort und die Sicherstellung, dass es sich nicht auf den Rest des Gehirns ausbreitet.
Ein neuer Ansatz, bei dem Ultraschallstrahlen und Mikrobläschen verwendet werden, könnte eine nicht-invasive Methode sein, um Medikamente sicher an präzise Stellen im Gehirn abzugeben.
Die Technik heißt fokussierter Ultraschall (FUS) und verspricht, die Tür zu Tausenden von Medikamenten zu öffnen, die eine Reihe von Gehirnerkrankungen behandeln könnten, wenn sie die Blut-Hirn-Schranke überwinden könnten.
Die Wissenschaftler der Columbia University in New York, die das FUS-Gerät entwickelt haben, haben nun gezeigt, dass es dazu beiträgt, das frühe Fortschreiten der Parkinson-Krankheit einzudämmen und die Gehirnfunktion bei Mäusen zu verbessern.
Sie beschreiben die Ergebnisse in einem aktuellen Journal of Controlled Release Studienarbeit.
Die FUS-Technik öffnet vorübergehend die Blut-Hirn-Schranke in einem bestimmten Teil des Gehirns, damit Medikamente genau diesen Teil erreichen können.
Öffnen der Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke ist ein komplexes Merkmal der Blutgefäße, die das Gehirn und den Rest des Zentralnervensystems versorgen.
Die Barriere verhindert, dass Krankheitserreger und potenziell schädliche Substanzen aus dem Blutkreislauf in das Parenchym oder Funktionsgewebe des Gehirns gelangen.
Die FUS-Technik strahlt Ultraschallimpulse durch den Schädel an eine genaue Stelle im Gehirn. Wenn die Impulse auf Mikrobläschen treffen, die Wissenschaftler in den Blutkreislauf injiziert haben, bewirken sie, dass die Mikrobläschen zwischen den Wänden der winzigen Blutgefäße schwingen.
Die oszillierenden Mikrobläschen bewirken an dieser Stelle eine reversible Erhöhung der Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke.
Wenn die FUS-Strahlen aufhören, hören die Mikrobläschen auf zu schwingen und der vorübergehende Zugang durch die Blut-Hirn-Schranke schließt sich.
FUS sendet Gene und Proteine ins Gehirn
In der jüngsten Studie konzentrierte sich das Team auf die Parkinson-Krankheit. Sie zeigten, dass sie FUS verwenden können, um gehirnverändernde Gene und Proteine über die Blut-Hirn-Schranke zu transportieren.
Sobald sie die Barriere überschritten hatten, stellten die Gene und Proteine die Dopamin-Freisetzungswege im Gehirn teilweise wieder her. Der Verlust der Fähigkeit, Dopamin herzustellen - ein chemischer Botenstoff, der für die Kontrolle der Bewegung wichtig ist - ist ein frühes Merkmal der Parkinson-Krankheit.
Die Forscher sahen auch eine Verringerung einiger Verhaltenssymptome der Parkinson-Krankheit bei Mäusen.
„Wir haben sowohl Verhaltens- als auch anatomische neuronale Verbesserungen im Gehirn festgestellt“, sagt Elisa Konofagou, eine der führenden Autoren der Studie, Professorin für biomedizinische Technik und auch für Radiologie.
Prof. Konofagou sagt, dass sie und ihr Team die ersten sind, die verfügbare Medikamente verwenden, um einen Dopamin-Freisetzungsweg bei der frühen Parkinson-Krankheit wiederherzustellen.
Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) hat den Forschern gerade eine Ausnahmegenehmigung für Untersuchungsgeräte erteilt, damit sie diese auf Sicherheit testen können, um Medikamente bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit abzugeben.
Tragbares System für Behandlungen zu Hause
Das Team von Prof. Konofagou ist die einzige Gruppe in den USA, die von der FDA die Genehmigung für einen Versuch erhalten hat, die Blut-Hirn-Schranke mit Ultraschall zu öffnen. Andere, die auf diesem Gebiet arbeiten, verwenden Nanopartikel, um die Blut-Hirn-Schranke zu öffnen, oder MRT, um das Verfahren zu steuern.
Das von Prof. Konofagou und ihrem Team entwickelte FUS-Gerät ist kleiner, schneller und billiger. Es wird ein Einzelelementwandler anstelle eines Helmgehäuses mit mehr als 1.000 Elementen verwendet. Auch sein "Neuronavigationssystem" erfordert keine MRT. Das Team vergleicht es mit dem, das Neurochirurgen verwenden, mit der Ausnahme, dass anstelle eines chirurgischen Instruments ein Ultraschallwandler verwendet wird.
Das Team sieht ein tragbares FUS-System vor, mit dem Ärzte problemlos in Patientenzimmer in einem Krankenhaus und eines Tages sogar in und aus ihren Häusern ein- und ausfahren können. Darüber hinaus dauert die Behandlungszeit nur etwa eine halbe Stunde anstatt der 3 oder 4 Stunden, die für ein MRT-geführtes Verfahren erforderlich sind.
Nach der Studie bei Alzheimer-Patienten plant Prof. Konofagou, das Gerät bei Parkinson-Patienten zu testen.
„Wir konnten das schnelle Fortschreiten der Neurodegeneration eindämmen und gleichzeitig die neuronale Funktion verbessern. Wir gehen davon aus, dass unsere Studie neue therapeutische Wege für die frühzeitige Behandlung von Erkrankungen des Zentralnervensystems eröffnen wird. “
Prof. Elisa Konofagou
