امواج صوتی با فرکانس‌های بالاتر از اغاز شنوایی انسان به طور معمول در مراقبت‌های پزشکی منفعت گیری خواهد شد. این امواج صوتی که با نام فراصوت یا اولتراسوند(ultrasound) نیز شناخته خواهد شد، می‌توانند به پزشکان در تشخیص و نظارت بر بیماری پشتیبانی کنند و این چنین در قالب فناوری «سونوگرافی» می‌توانند اولین نگاه‌ها را به تازه ترین اعضای خانواده شما اراعه دهند.

به نقل از اس‌ای، اکنون بیمارانی با بیماری‌هایی از سرطان گرفته تا بیماری‌های عصبی همانند آلزایمر امکان پذیر به زودی از پیشرفت‌های تازه در این فناوری منفعت‌مند شوند.

ریچارد جی. پرایس(Richard J. Price)، استاد مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه ویرجینیا مطالعه می‌کند چطور می‌توان «سونوگرافی متمرکز» (تمرکز انرژی صوتی در یک حجم خاص) را برای درمان بیماری‌های گوناگون تنظیم کرد.

این فناوری در طول چند سال قبل، رشد و کاربرد قابل توجهی داشته است و محققان هم چنان به کشف راه‌های تازه برای منفعت گیری از سونوگرافی متمرکز برای درمان بیماری‌ها ادامه خواهند داد.

تاریخچه سونوگرافی متمرکز

در سونوگرافی با یک دستگاه کاوشگر، ماده‌ای تشکیل می‌شود که جریان الکتریکی را به ارتعاش تبدیل می‌کند و برعکس. سپس با عبور امواج فراصوت از بدن، این امواج از مرزهای انواع گوناگون بافت‌های بدن منعکس خواهد شد. این کاوشگر این بازتاب‌ها را تشخیص داده و آنها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که سپس رایانه‌ها می‌توانند از آنها برای تشکیل تصاویر از آن بافت‌ها منفعت گیری کنند.

بیشتر از ۸۰ سال پیش، دانشمندان دریافتند که متمرکز کردن این امواج فراصوت در حجمی به اندازه یک دانه برنج می‌تواند بافت مغز را گرم کرده و از بین ببرد. این تاثییر، شبیه با متمرکز کردن نور خورشید با یک ذره‌بین برای آتش زدن یک برگ خشک درخت است.

محققان در آن زمان اغاز به آزمایش این کردند که چطور سونوگرافی متمرکز می‌تواند اختلالات عصبی، درد و حتی سرطان را درمان کند. با این حال، با وجود این یافته‌های اولیه، مانع ها فنی بر سر راه منفعت گیری از سونوگرافی متمرکز در کلینیک وجود داشت. به گفتن مثال، از آنجا که جمجمه انرژی سونوگرافی را جذب می‌کند، ارسال پرتوهای متمرکز با انرژی کافی برای رسیدن به بافت صدمه دیده مغز دشوار می بود.

محققان سرانجام با ادغام آرایه‌های بزرگی از مبدل‌های سونوگرافی (کاوشگرهایی که سیگنال‌های الکتریکی را به ارتعاشات تبدیل می‌کنند) با اطلاعات مبتنی بر عکس در رابطه شکل و تراکم جمجمه، بر این مشکل تسلط کردند. این تحول به محققان اجازه داد تا پرتوها را بهتر به اهداف خود برسانند.

تنها بعد از آنکه دانشمندان در سال‌های تازه به پیشرفت‌های کلیدی در فناوری تصویربرداری و فیزیک آکوستیک دست یافتند، منفعت گیری از امواج فراصوت در کلینیک‌ها در حال تحقق است و صدها آزمایش بالینی با مقصد درمان ده‌ها بیماری تکمیل شده یا در حال انجام است.

محققان در رابطه بیماری به نام «لرزش اساسی» که تبدیل لرزش کنترل نشده، طبق معمولً در دست‌ها می‌شود، به پیروزی‌های چشمگیری دست یافته‌اند. درمان‌های فراصوت متمرکز برای «لرزش اساسی» اکنون به طور معمول در تعداد بسیاری از نقاط جهان انجام می‌شود.

لرزش اساسی یا ذاتی (ET) که لرزش خوش‌خیم، لرزش خانوادگی و لرزش ایدیوپاتیک نیز نامیده می‌شود، یک حالت پزشکی است که با انقباضات ریتمیک غیرارادی و شل شدن (نوسان‌ها یا حرکات انقباضی) گروه‌های عضلانی خاص در یک یا چند تکه بدن با علت ناشناخته ظاهر می‌شود. این عارضه طبق معمولً متقارن است و بازوها، دست‌ها یا انگشتان را تحت تأثیر قرار می‌دهد اما بعضی اوقات، سر، تارهای صوتی یا دیگر اعضای بدن را نیز دچار می‌کند.

«پرایس» معتقد است برخی از شوق‌انگیزترین کاربردهای امواج فراصوت متمرکز شامل بهبود رساندن دارو به مغز، تحریک جواب‌های ایمنی علیه سرطان و درمان بیماری‌های نادر سیستم عصبی مرکزی است.

رساندن دارو به مغز

سد خونی-مغزی، راه‌حلی بی‌نظیر برای دور نگه داشتن مواد زیان اور از مغز به گفتن حیاتی‌ترین اندام بدن است. سد خونی-مغزی از سلول‌های زیاد محکم متصل به هم راه اندازی شده است که داخل رگ‌های خونی را می‌پوشانند.

این سد فقط به انواع خاصی از مولکول‌ها اجازه ورود به مغز را می‌دهد و از آن در برابر عوامل بیماری‌زا و سموم محافظت می‌کند. با این حال، سد خونی-مغزی در درمان بیماری‌ها مشکل‌ساز است، چون مانع از رسیدن درمان‌ها به مقصد مورد نظرشان می‌شود.

بیشتر از ۲۰ سال پیش، مطالعات پیشگامانه اشکار کردند که ارسال پالس‌های کم‌شدت اولتراسوند متمرکز می‌تواند با تشکیل نوسان در میکروحباب‌ها در رگ‌های خونی، سد خونی-مغزی را به طور موقت باز کند.

این نوسان، دیواره‌های رگ‌های اطراف را هل می‌دهد و می‌کشد و منافذ کوچکی را برای زمان کوتاهی باز می‌کند که به داروهای حاضر در جریان خون اجازه می‌دهد تا به مغز نفوذ کنند. مسئله مهم این است که سد خونی-مغزی فقط در جایی که سونوگرافی متمرکز اعمال می‌شود، باز می‌شود.

بعد از سال‌ها آزمایش ایمنی این تکنیک و بهبود کنترل انرژی اولتراسوند، محققان چندین دستگاه با منفعت گیری از سونوگرافی متمرکز برای باز کردن سد خونی-مغزی برای درمان گسترش داده‌اند.

آزمایش‌های بالینی که توانایی این دستگاه‌ها را برای رساندن دارو به مغز برای درمان بیماری‌هایی همانند گلیوبلاستوما، متاستازهای مغزی و بیماری آلزایمر آزمایش می‌کنند، در حال انجام است.

به موازات آن، پیشرفت‌های قابل توجهی در گسترش ژن‌درمانی برای بیماری‌های متعدد مغزی حاصل شده است. ژن‌درمانی شامل اصلاح یا جایگزینی مواد ژنتیکی معیوب برای درمان یک بیماری خاص است.

اعمال ژن‌درمانی در مغز به شکل اختصاصی چالش‌برانگیز است، چون این چنین درمان‌هایی طبق معمولً از سد خونی-مغزی عبور نمی‌کنند.

مطالعات حیوانی نشان داده‌اند که منفعت گیری از «سونوگرافی متمرکز» برای باز کردن سد خونی-مغزی می‌تواند رساندن ژن‌درمانی‌ها به اهداف مورد نظرشان در مغز را تسهیل کند و درهایی را برای آزمایش این تکنیک در افراد باز کند.

تحریک جواب‌های ایمنی علیه سرطان

ایمنی‌درمانی سرطان، سیستم ایمنی بدن بیمار را برای مبارزه با بیماری هدایت می‌کند. با این حال، تعداد بسیاری از بیماران به‌اختصاصی مبتلایان به سرطان پستان، سرطان پانکراس و گلیوبلاستوما تومورهایی دارند که از نظر ایمونولوژیکی «سرد» می باشند، به این معنی که به ایمنی‌درمانی‌های سنتی جواب نمی‌دهند.

محققان دریافته‌اند که «سونوگرافی متمرکز» می‌تواند تومورهای جامد را به راه حلهایی از بین ببرد که به سیستم ایمنی اجازه می‌دهد سلول‌های سرطانی را بهتر تشخیص داده و از بین ببرد.

یکی از راه‌های انجام این کار توسط «سونوگرافی متمرکز»، تبدیل تومورها به بقایایی است که سپس به معنی واقعی کلمه به غدد لنفاوی جریان می‌یابند. هنگامی که سلول‌های ایمنی در غدد لنفاوی با این بقایا روبه رو خواهد شد، می‌توانند جواب ایمنی را به طور خاص علیه سرطان اغاز کنند.

دانشگاه ویرجینیا با الهام از این پیشرفت‌ها، اولین مرکز ایمنی‌-انکولوژی سونوگرافی متمرکز جهان را در سال ۲۰۲۲ برای حمایتاز تحقیقات در این عرصه و پیشبرد امیدوارکننده‌ترین رویکردها به کلینیک راه‌اندازی کرد.

برای مثال، همکاران پرایس در حال انجام یک کارآزمایی بالینی در این مرکز می باشند تا منفعت گیری از سونوگرافی متمرکز و ایمنی‌درمانی را برای درمان بیماران مبتلا به ملانوم پیشرفته آزمایش کنند.

درمان بیماری‌های نادر با «سونوگرافی متمرکز»

تحقیقات حوالی «سونوگرافی متمرکز» در درجه اول بر روی مخرب‌ترین و شایع‌ترین بیماری‌ها همانند سرطان و بیماری آلزایمر متمرکز بوده است. با این حال، «پرایس» معتقد است که پیشرفت‌های زیاد تر در این فناوری و افزایش منفعت گیری از آن در کلینیک‌ها، در نهایت به سود بیماران مبتلا به بیماری‌های نادر خواهد می بود.

یکی از بیماری‌های نادر مورد دقت اختصاصی آزمایشگاه پرایس، ناهنجاری «CCM» است. CCMها ضایعاتی در مغز می باشند که وقتی رخ خواهند داد که سلول‌های راه اندازی‌دهنده رگ‌های خونی دچار رشد کنترل نشده خواهد شد. اگرچه غیرمعمول است، اما هنگامی این ضایعات رشد می‌کنند و خونریزی می‌کنند، می‌توانند علائم عصبی ناتوان‌کننده‌ای تشکیل کنند.

رایج‌ترین درمان برای CCM، برداشتن ضایعات مغزی از طریق جراحی است. با این حال، برخی از CCMها در مناطقی از مغز قرار دارند که دسترسی به آنها دشوار است و خطر عوارض جانبی را تشکیل می‌کنند.

پرتودرمانی یکی دیگر از گزینه‌های درمانی است، اما این روش نیز می‌تواند تبدیل عوارض جانبی جدی شود.

پرایس می‌گوید: ما دریافتیم که منفعت گیری از «سونوگرافی متمرکز» برای باز کردن سد خونی-مغزی می‌تواند دارورسانی به CCMها را بهبود بخشد. علاوه بر این، ما این چنین مشاهده کردیم که خود درمان با «سونوگرافی متمرکز» می‌تواند رشد CCMها را در موش‌ها، حتی بدون تجویز دارو متوقف کند.

در حالی که ما تا این مدت نمی‌دانیم که «سونوگرافی متمرکز» چطور CCMها را تثبیت می‌کند، تحقیقات زیاد در رابطه ایمنی منفعت گیری از این تکنیک در بیمارانی که برای دیگر بیماری‌ها تحت درمان می باشند، به جراحان مغز و اعصاب این امکان را داده است که طراحی کارآزمایی‌های بالینی را برای آزمایش منفعت گیری از این تکنیک بر روی افراد مبتلا به CCM اغاز کنند.

پرایس در آخر می‌گوید: با تحقیقات و پیشرفت‌های زیاد تر امیدوارم که «سونوگرافی متمرکز» بتواند به یک گزینه درمانی مناسب برای تعداد بسیاری از بیماری‌های نادر و ویرانگر تبدیل شود.