Молекулярное ультразвуковое изображение

Ультразвуковая визуализация с направленными микропузырьками успешно применяется в доклинических условиях для исследования молекулярных изменений эндотелия, которые происходят во время патофизиологических процессов при раке, сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваниях, а также в ответ на терапевтические вмешательства. В частности, в онкологии микропузырьки, нацеленные на рецептор 2 фактора роста эндотелия сосудов (VEGFR2), показали высокую чувствительность для характеристики ангиогенеза опухоли in vivo и оценки терапевтического ответа. Клиническая трансляция была достигнута с помощью микропузырьков на основе липопептидов, функционализированных гетеродимерным пептидом, нацеленным на VEGFR2. Эти микропузырьки применялись у пациентов с раком простаты, раком груди и опухолями яичников. Ультразвуковые исследования хорошо переносились, а экспрессия VEGFR2 в злокачественных опухолях груди и яичников хорошо соответствовала данным молекулярной ультразвуковой визуализации.
Для характеристики воспаления при сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваниях использовались в основном микропузырьки, нацеленные на Р-селектин, Е-селектин, молекулу межклеточной адгезии 1 и молекулу сосудистой адгезии 1 (VCAM-1). Транзиторная ишемия миокарда надежно отслеживалась у крыс с использованием клинически переводимых двойных микропузырьков, нацеленных на P- и E-селектин. Кроме того, визуализация на основе модулированного акустического излучения с микропузырьками, нацеленными на P-селектин и VCAM-1, позволила быстро обнаружить воспаление в брюшной аорте мышей. У приматов с ожирением, вызванным диетой, раннее воспаление сонной артерии может быть обнаружено с помощью молекулярного ультразвукового исследования, нацеленного на VCAM-1 и P-selectin, задолго до того, как будут обнаружены какие-либо изменения в толщине интима-медиа сонной артерии (рис.3) . Кроме того, микропузырьки, нацеленные на VCAM-1– и α v β 3- интегрин, оказались многообещающими для мониторинга восстановления эндотелия после повреждения сосудов, вызванного хирургическим вмешательством, у мышей и свиней, соответственно. Помимо мониторинга воспаления при сердечно-сосудистых заболеваниях, молекулярная ультразвуковая визуализация, особенно с помощью клинически переводимых микропузырьков, нацеленных на двойной селектин, показала многообещающие возможности для выявления острого колита и острых фаз хронических воспалительных заболеваний кишечника.
Рис.3: Молекулярная ультразвуковая визуализация
2.6 Высокоинтенсивный ультразвук с фокусировкой (HIFU)
HIFU может приводить к локальному нагреву тканей, кавитации, которые могут использоваться для различных методов лечения, таких как абляция тканей, доставка лекарств под визуальным контролем, сенсибилизация к лучевой терапии и иммунная стимуляция. Такая терапия может выполняться с высокой пространственной точностью с использованием датчиков, которые разработаны специально для терапевтических целей и позволяют фокусировать ультразвуковые волны глубоко внутри тела в области диаметром около 1 мм, в зависимости от частоты и апертуры датчика, а также от характеристики ткани.
HIFU, управляемый ультразвуком или МРТ, является клинически одобренной технологией для лечения эссенциального тремора, миомы матки и рака простаты, а также для облегчения боли при метастазах в костях. Клинические исследования продолжаются во многих других областях, таких как лечение опухолей груди, печени, почек, поджелудочной железы и костей, а также обсессивно-компульсивных расстройств. Ультразвук и МРТ могут использоваться для управления процедурой, причем каждый метод имеет свои преимущества. Ультразвуковая визуализация имеет высокое временное разрешение и может обнаруживать и количественно определять кавитацию с высокой чувствительностью. МРТ, хотя и является дорогостоящим и обеспечивает более низкое временное разрешение, обеспечивает точное отображение температуры и превосходное качество изображения.
Последние технологические достижения MR HIFU привели к их применению в человеческом мозге. Аберрации, вызванные прохождением ультразвуковых волн через человеческий череп, корректируются с помощью преобразователей HIFU с фазированной решеткой на основе компьютерной томографии высокого разрешения. Например, для лечения эссенциального тремора часть таламуса удаляется с помощью MR HIFU. Во время процедуры пациент не спит, и терапевтический эффект проявляется немедленно.
HIFU давно используется для лечения рака простаты. Различные системы используются или разрабатываются. Датчик HIFU вводится в прямую кишку или уретру, абляция контролируется ультразвуком или МРТ. В последнее время наблюдается тенденция к частичной абляции предстательной железы, и HIFU может иметь преимущество перед другими подходами к абляции.
HIFU может эффективно вызывать гипертермию, которая, как известно, является отличным радиосенсибилизатором. Таким образом, исследования по использованию HIFU в лучевой терапии продолжаются. Гипертермия имеет множество физиологических эффектов, таких как усиление перфузии и оксигенации. Последнее важно, поскольку кислородные радикалы участвуют в большинстве химических реакций, запускаемых лучевой терапией.
Кроме того, механические эффекты HIFU могут вызывать высвобождение антигенов, активирующих дендритные клетки. Поскольку многие препараты для стимуляции иммунной системы (или ингибирования иммуносупрессии, связанной с опухолью) одобрены или находятся в стадии разработки, у иммунотерапии с поддержкой HIFU в онкологии есть светлое будущее. Кроме того, было показано, что сфокусированный ультразвук снижает образование бляшек, связанных с болезнью Альцгеймера, в головном мозге животных - эффект, который также предварительно приписывают стимуляции иммунной системы.