生分解性超音波で血液を開く

Aug 22, 2023

以前の装置よりもはるかに強力な新しい生分解性超音波により、脳腫瘍の治療が可能になる可能性があると、コネチカット大学の研究者らが『Science Advances』誌に報告している。 この研究は米国国立科学財団の支援を受けました。

癌性脳腫瘍と診断されると、通常は外科的に腫瘍が除去され、その後、残った癌細胞を除去するために化学療法が行われます。 しかし、脳腫瘍は、血管の内層によって脳に害を及ぼす可能性のある大きな分子の通過が妨げられるため、化学療法に対して特に耐性があります。

これらはまた、有用な化学薬品やその他の治療薬が脳腫瘍細胞を死滅させたり、他の脳疾患を治療したりすることを妨げます。 知られているように、血液脳関門を通過するための安全で効果的な方法の 1 つは、超音波を使用して細胞を揺さぶり、薬が通過できる大きさの孔を開けることです。

「人類の重大な問題に対するこのチームの創造的な解決策は、工学と医学の統合の力を実証しています。」

- キャスリン・ジャブロコウ

しかし、人間の厚い頭蓋骨に超音波を通すのは簡単ではありません。 一般に、複数の強力な超音波装置を頭蓋骨の周囲に戦略的に配置し、病院で化学療法を実施した直後に MRI 装置で腫瘍の部位に注意深く焦点を合わせる必要があります。

生物医学技術者のタイン・グエン氏は、「脳自体に埋め込まれたデバイスを使用することで、こうしたことはすべて回避できる」と語る。 「繰り返し使用することで、化学療法が脳に浸透し、腫瘍細胞を死滅させることができます。」 埋め込み型超音波装置はすでに市販されていますが、セラミック材料でできているため、有毒な可能性があり、治療終了後には外科的に取り除かなければなりません。

研究者たちは新しい解決策を考え出しました。 彼らはグリシンの結晶を成長させ、それを意図的にわずか数百ナノメートルの大きさの破片に粉砕しました。 次に、生分解性ポリマーであるポリカプロラクトン（PCL）を用いて（エレクトロスピニングと呼ばれるプロセスで高電圧下で）それらを回転させ、グリシンとPCLのナノファイバーで構成される圧電フィルムを作成しました。

小さな駆動電圧の下で、フィルムはセラミック超音波脳インプラントとほぼ同じである 334 キロパスカルの超音波を生成できます。 研究チームはグリシン-PCLフィルムを他の生分解性ポリマーでコーティングして保護している。 コーティングの 1 つであるポリ L-ラクチドは、分解するまでに約 6 週間かかります。

研究チームは、脳内に埋め込まれたこの装置の安全性を6か月間検査したところ、マウスの健康に悪影響はないことが判明した。 彼らは今後、大型動物での安全性と有効性の試験を開始する予定だ。

「人間の重大な問題に対するこのチームの創造的な解決策は、工学と医学の統合の力を実証しています」と NSF 工学総局のプログラム ディレクター、キャスリン ジャブロコウ氏は述べています。