健康

超音波が脳深部刺激の新しい方法を提供 — MIT メディアラボ

このアプローチは、脳深部刺激を与えるためのより安全な方法を提供するだけでなく、脳の働きについてさらに詳しく知りたい研究者にとって貴重なツールになる可能性もあります。MITの大学院生ジェイソン・ホウ氏とMITのポスドクであるモハメッド・オスマン・ゴニ・ナイエム氏が、MITのマクガバン脳研究所、ボストン大学、カリフォルニア工科大学の協力者とともに、この論文の主執筆者である。 本日Nature Communicationsに掲載されました。脳の奥深くダグデビレンの研究室は、これまでにウェアラブル超音波デバイスを開発しており、 薬を届ける 皮膚を通して、または実行する さまざまな臓器の画像診断しかし、超音波は頭部や頭蓋骨に装着された装置からは脳の奥深くまで到達できません。「脳の深部まで到達したいのであれば、単に装着したり取り付けたりできるだけではだめです。埋め込み型でなければなりません」とダグデビレン氏は言う。「私たちは、侵襲性が最小限で、脳の深部にある主要な血管を回避できるように、デバイスを慎重にカスタマイズします。」電気刺激による脳深部刺激は、パーキンソン病の症状の治療に FDA の承認を受けています。この治療法では、数ミリメートルの厚さの電極を使用して、脳の黒質と呼ばれる領域にあるドーパミン産生細胞を活性化します。ただし、脳に埋め込まれると、デバイスはやがて腐食し始め、インプラントの周囲に蓄積した瘢痕組織が電気刺激を妨害する可能性があります。MIT チームは、電気刺激を超音波に置き換えることで、これらの欠点のいくつかを克服できるかどうかを検討しました。ほとんどのニューロンには、音波の振動などの機械的刺激に反応するイオンチャネルがあるため、超音波を使用してこれらの細胞の活動を誘発できます。ただし、頭蓋骨を通して脳に超音波を送達する既存の技術では、頭蓋骨自体が超音波を妨害し、標的から外れた刺激を引き起こす可能性があるため、脳の深部まで高精度で到達できません。「ニューロンを正確に調節するには、さらに深くまで到達する必要があります。そのため、局所的な超音波場を作り出す新しい種類の超音波ベースのインプラントを設計する必要がありました」とナイーム氏は言う。研究者たちは、脳の深部領域に安全に到達できるように、柔軟なポリマーでできた髪の毛ほどの細いファイバーを設計した。ファイバーの先端には、振動膜を備えたドラム状の超音波トランスデューサーが内蔵されている。薄い圧電フィルムを包んだこの膜に小さな電圧をかけると、近くの細胞が検出できる超音波が発生する。「組織に安全で、露出した電極面がなく、電力消費が非常に少ないため、患者への応用に適しています」とホウ氏は言う。研究者らはマウスを使った実験で、ImPULS（埋め込み型圧電超音波刺激装置）と名付けたこの超音波装置が海馬のニューロンの活動を刺激できることを示した。その後、ドーパミンを生成する黒質にこの繊維を埋め込み、背側線条体のニューロンを刺激してドーパミンを生成できることを示した。「脳刺激は、脳の健康を回復するために使われる最も効果的でありながら、最も理解されていない方法の 1 つです。ImPULS は、他の方法のような損傷や炎症を引き起こさない方法で、優れた空間的および時間的解像度で脳細胞を刺激する能力を提供します。海馬などの領域でのその有効性を確認したことで、脳内の標的回路に正確な刺激を与えるまったく新しい方法が開かれました」と、ボストン大学の心理学および脳科学の助教授であり、ボストン大学システム神経科学センターの教員で、この研究の著者でもあるスティーブ・ラミレスは述べています。カスタマイズ可能なデバイスこの装置の部品はすべて生体適合性があり、圧電層もそのひとつ。圧電層はニオブ酸カリウムナトリウム（KNN）と呼ばれる新しいセラミックでできている。現在のインプラントは外部電源で動いているが、研究者らは将来のバージョンでは小型の埋め込み型バッテリーと電子ユニットで動かせるようになると予想している。研究者らは、ファイバーの長さや太さ、圧電トランスデューサーが生成する音波の周波数を簡単に変更できる微細加工プロセスを開発した。これにより、デバイスを脳のさまざまな領域に合わせてカスタマイズできるようになる。「この装置が脳のあらゆる部位に同じ効果をもたらすとは言えませんが、この技術は拡張可能であり、マウスだけに限ったものではないと自信を持って言えます。最終的には人間にも使えるようにさらに大きくすることもできます」とダグデビレン氏は言う。研究者たちは現在、超音波刺激が脳のさまざまな領域にどのような影響を与えるか、また、このデバイスを 1 年間にわたって埋め込んだ場合、機能を維持できるかどうかを調査する予定です。また、マイクロ流体チャネルを組み込む可能性にも関心があり、このデバイスで超音波だけでなく薬剤も送達できるようになります。研究者らによると、このタイプの超音波装置は、パーキンソン病やその他の病気の潜在的な治療薬として期待されるだけでなく、脳についてさらに詳しく知るための貴重なツールにもなり得るという。「私たちの目標は、これを神経科学コミュニティの研究ツールとして提供することです。なぜなら、脳を理解するための効果的なツールが十分ではないと考えているからです」とダグデビレン氏は言う。「デバイスエンジニアとして、私たちは脳のさまざまな領域についてさらに学ぶことができるように、新しいツールを提供しようとしています。」この研究は、MIT メディアラボコンソーシアムと Brain and Behavior Foundation Research (BBRF) NARSAD Young Investigator Award の資金提供を受けて実施されました。 1717531930 #超音波が脳深部刺激の新しい方法を提供 #MIT #メディアラボ 2024-06-04 19:59:24