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大脑的“全息投影”,研究人员利用3D打印超声全息图治疗神经系统疾病

魔猴君  行业资讯   7天前

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2022531日,来自瓦伦西亚理工大学(UPV)、西班牙国家研究委员会(CSIC)和美国哥伦比亚大学的一个研究团队开展了一项合作项目:利用3D打印技术创建了声学全息图来治疗神经系统疾病。凭借这些设备,血脑屏障可以以一种选择性的、有效的和有针对性的方式打开。这将促进治疗药物的使用,以治疗这种类型的神经病变。


根据泛美卫生组织(PAHO)的数据,2019年神经系统疾病共造成533,172人死亡,或每10万人中约32.9人死亡。这包括诸如阿尔茨海默氏症、帕金森症、多发性硬化症和精神分裂症等疾病。然而,在2020年已经可以看到用3D打印技术治疗神经退行性疾病的进展,这要归功于雷尼绍公司创建的一个设备。现在,由上述组织组成的研究团队继续押注于这项技术,因为它在健康和医疗设备开发领域具有多种优势。

照片来源:UPV

3D打印的声学全息图

据项目专家介绍,聚焦超声(FUS)技术在治疗神经系统疾病方面有很大的潜力。这是由于它能够以精确和非侵入性的方式产生治疗效果。然而,由于各种原因,很难将其应用于神经系统的结构。这些原因包括颅骨的畸变和衰减效应,以及大脑结构的复杂空间分布。为了解决这个问题,研究人员尝试了采用增材制造的3D声学全息图,并提出了声全息图的第一个临床前应用,在小鼠的两个镜像区域执行双侧血脑屏障(BBB)开口实验。

如果医生需要对病人的头部进行超声检查,他可以提供用户的CTMRI,以便识别和分割要治疗的区域。根据这些信息,医生可以针对病患区域进行区分,并设计出全息图模型。为了创建定制的设备,他们采用了3D打印进行设计,以一种低成本的全息图呈现。根据不同的应用,其成本将在40300欧元之间。超声波发射器是一种扬声器,以每秒50万次的频率振动。全息图被放置在它的前面,并被声波穿过。一旦血脑屏障(BBB)的上皮组织开始收缩,药物分子就会进入该区域,开始治疗病症。

声学全息图。图片来源:UPV

聚焦超声系统由一个工作频率为 1.68 MHz 的单晶聚焦换能器组成,耦合到一个 3D 打印的超声全息图,该全息图旨在在体内麻醉小鼠体内产生两个对称的焦点,同时,补偿由颅骨引起的波前像差。T1 加权 MR 图像显示钆在两个对称的准球形焦点处外渗。通过对时间反转场进行编码,全息图能够以接近衍射极限的分辨率将声能聚焦在小型临床前动物头骨内的多个点上。这项工作证明了全息图辅助 BBB 开放在不同半球对称区域的中枢神经系统中实现低成本和高度定位的靶向药物递送的可行性。全息图能够以接近衍射极限的分辨率将声能聚焦在小型临床前动物头骨内的多个点上。事实上,这个项目标志着BBB首次在两个半球同时被打开。

UPV的研究员Noé Jiménez对他们的创造进行了扩展,他总结说:"通过我们的全息图,超声束聚焦并非常精确地适应大脑中具有巨大治疗意义的部分,例如,与阿尔茨海默病有关的海马体组成的两个核,它具有奇特的三维形状。"

目前,该项研究并未展开人体实验,但这一发展对患有神经系统疾病的人来说确实是一个令人鼓舞的消息。你可以在题为“小鼠模型双侧血脑屏障开口的声学全息图/Acoustic Holograms for Bilateral Blood-Brain Barrier Opening in aMouse Model”的论文中找到更多信息。


相关论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/9548786

   

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