Ultrasuoni focalizzati transcranici

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13500 (2023) Citare questo articolo

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L'accoppiamento acustico attraverso i peli rimane una sfida per l'esecuzione di procedure ecografiche focalizzate transcraniche. Qui, abbiamo dimostrato che questa sfida potrebbe essere affrontata utilizzando l’olio come mezzo di accoppiamento, sfruttando l’elevata affinità dell’olio con i capelli a causa della loro intrinseca idrofobicità. Abbiamo confrontato i risultati dell'apertura della barriera emato-encefalica indotta da ultrasuoni focalizzati (FUS-BBBO) nei topi in tre condizioni di accoppiamento: olio con peli ("olio + peli"), gel per ultrasuoni con rasatura dei capelli ("gel per ultrasuoni + senza peli"), e gel per ultrasuoni con peli (“gel per ultrasuoni + peli”). La qualità dell'accoppiamento è stata valutata mediante risonanza magnetica (MRI) pesata \({\mathrm{T}}_{2}\) e rilevamento di cavitazione passiva (PCD). L'esito del FUS-BBBO è stato valutato mediante stravaso di agente di contrasto per MRI utilizzando la risonanza magnetica con contrasto in vivo \({\mathrm{T}}_{1}\) pesata. È stato inoltre valutato mediante imaging in fluorescenza ex vivo del cervello di topo dopo l'iniezione endovenosa di un farmaco modello, il blu di Evans. I risultati hanno mostrato che “olio + peli” ha ottenuto costantemente un accoppiamento acustico di alta qualità senza intrappolare bolle d’aria. Il risultato FUS-BBBO non era significativamente diverso tra i gruppi “olio + capelli” e “gel per ultrasuoni + senza capelli”. Questi due gruppi avevano livelli significativamente più alti di apertura della BBB rispetto al gruppo “gel per ultrasuoni + peli”. Questo studio ha dimostrato che l’olio potrebbe essere un mezzo di accoppiamento per le procedure FUS transcraniche senza radere i peli.

La recente approvazione da parte della Food and Drug Administration degli Stati Uniti della tecnica degli ultrasuoni transcranici focalizzati (tFUS) per il trattamento dell'ablazione termica dei tremori essenziali ha segnato l'inizio di una nuova era per gli interventi neurologici senza incisione1. tFUS fornisce una tecnologia di piattaforma con potenziali applicazioni cliniche oltre la termoablazione2. Un'applicazione promettente nella somministrazione di farmaci al cervello è l'utilizzo di tFUS a bassa intensità combinato con microbolle per l'apertura della barriera emato-encefalica (FUS-BBBO)3. La fattibilità e la sicurezza della tecnica FUS-BBBO sono state dimostrate in pazienti con varie malattie cerebrali, tra cui glioma, sclerosi laterale amiotrofica (SLA), morbo di Alzheimer e morbo di Parkinson4,5,6,7. Nonostante la grande promessa di tFUS, la maggior parte delle applicazioni segnalate, ad eccezione della neuromodulazione a ultrasuoni8,9, richiedono la rasatura dei peli per ottenere un rilascio efficiente e coerente di energia ultrasonica al cervello4,5,10,11. La rasatura dei capelli provoca impatti psicologici significativi sui pazienti, tra cui una diminuzione dell'autostima, dell'insicurezza e dell'angoscia, soprattutto nelle pazienti di sesso femminile12. Ciò potrebbe portare a una minore disponibilità da parte delle pazienti di sesso femminile a partecipare agli studi tFUS13. L’impatto psicologico della rimozione dei peli potrebbe diminuire l’attrattiva del tFUS per pazienti e medici e limitare la portata dei futuri studi clinici sul tFUS.

È stato svolto solo un lavoro limitato per studiare l’effetto dei peli sulla trasmissione degli ultrasuoni e tutti gli studi riportati sono stati eseguiti ex vivo utilizzando campioni di cranio umano. Raymond et al. hanno dimostrato che peli completamente degassati in un serbatoio d'acqua causavano solo una perdita < 10% della potenza ultrasonica trasmessa e una distorsione minima della forma del fascio per frequenze inferiori a 1 MHz13. Eames et al. hanno dimostrato che i peli completamente degasati in un serbatoio d'acqua non causavano quasi alcuna diminuzione dell'efficienza del riscaldamento transcranico quando utilizzati a 220 kHz e una riduzione del 17% a 710 kHz, indicando che la perdita termica indotta dai peli degasati era minima14. Questi due studi hanno suggerito che il trattamento tFUS potrebbe essere eseguito senza rasatura se i peli fossero completamente degassati. Di conseguenza, le procedure tFUS esistenti spesso richiedono la rasatura dei peli e la successiva applicazione del gel per ultrasuoni per ottenere un accoppiamento acustico sufficiente. Vale la pena notare che diversi studi clinici FUS-BBBO sono attualmente condotti utilizzando un sistema FUS guidato dalla risonanza magnetica, ExAblate Neuro (Insightec, Dallas, TX) senza radere i capelli. Invece, i peli vengono tagliati corti e degasati in un trasduttore FUS a forma di elmetto accoppiato con una sacca d'acqua. Tuttavia, ciò richiede un trasduttore FUS appositamente progettato con un'unità di degasaggio, che non è disponibile in altri dispositivi tFUS. Inoltre, al momento della conclusione di questo manoscritto, non erano stati pubblicati dati su questo metodo di accoppiamento acustico.