アコースティックホログラムは、超音波で正確な脳領域をターゲットにしています…：今日の神経学

ダン・ハーレーによる 2025年3月20日 科学は説明した簡単に言えば記事Hong Chen、PhDは、超音波を使用してニューロンを標的と潜在的に修飾する音響ホログラムの使用を調査しています。セントルイスのワシントン大学の研究者は、焦点を絞った超音波波を使用した新しい技術が個々のニューロンの活動を非侵襲的に変化させる可能性があると報告しています。エアリービームホログラフィックソノジェネティクスとして知られるこの技術は、昨年6月に発表された論文によると、光遺伝学で使用されている技術に似ていますが、光の代わりに超音波を適用します。 国立医学アカデミーの議事録。光遺伝学と同様に、この手法は、選択されたニューロンの活性を変えるために関心のある領域に注入されるアデノ関連ウイルスでニューロンを標的とします。ただし、光遺伝学とは異なり、この方法では、罹患ニューロンの近くに光源を埋め込む必要はありません。代わりに、超音波はヘッドウォーンデバイスによって配信されます。ただし、この技術の問題の1つは、超音波が比較的大きな領域に広がることです。それらに焦点を合わせるために、新しい研究では、いわゆる風通しの良い効果を活用しました。この効果は、正確なポイントで重複するような方法で超音波波が曲がっています。「虹を想像してみてください。それは美しく湾曲した形をしており、空を曲げてください」と、ワシントン大学の生物医学工学および脳神経外科の准教授であるホンチェン博士は言いました。「風通しの良いビームは、音波の虹のようなものです」と彼女は言いました。 「まっすぐに行くだけでなく、虹の弧のようなパスをトレースするだけでなく、風通しの良いビームレンズを使用して、すべての方向を同時に曲げて曲がる超音波波を生成し、鋭い焦点で強力な音のポイントを形成します。」ソノジェネティックスの使用を開拓した分子生物学者は、彼と他の研究者がすでに新しい風通しの良いビーム技術を使用する準備をしていると言いました。「はい、絶対に」と、Salk Instituteの分子神経生物学の教授であるSreekanth Chalasani博士は言いました。 「チェン博士は、超音波の送達を継続的に改善してきました。これは素晴らしい論文です。」ガリレオの間違いジョージ・ビデル・エアリーirは、光の特異性を説明するために、1830年代にエアリービームを最初に説明しました。望遠鏡のように、円形の開口部を通して光のスポットが見られると、回折は光と暗い同心のリングに囲まれた光の中央のディスクが現れます。彼が望遠鏡で見ることができる星までの距離を決定しようとしていたとき、その効果はガリレオをだましました。風通しの良い効果によって引き起こされる光の中央のディスクはディスクのように見え、各星は測定可能な直径の惑星であると彼に納得させました。超音波として、軽くではなく、風通しの良いビームは、3次元に焦点を合わせることができるアーク軌道に従います。チェン博士は、2003年に超音波に初めて興味を持ち、中国のXi'anにあるXi'an Jiaotong大学で学士号を取得しました。当時、彼女は自分の人生を捧げる医療技術の分野を決定しようとしていました。「私たちの地元の病院を訪問することにしました」と彼女は言いました。 「それは私の大学から1つのバス停でした。その訪問では、MRIやPETデバイスは見ませんでした。超音波デバイスしか見ませんでした。当時、超音波はハイテクと見なされました。」新しいアプリケーションで超音波をどのように使用できるかについて興味を持って、チェン博士は2011年にワシントン大学で博士号を取得し、すぐに高強度の超音波の研究を開始しました。「私は超音波神経調節に取り組んでおり、超音波ビームを使用してマウスモデルのニューロンを直接標的としています」とチェン博士は言いました。 「私が直面した課題の1つは、超音波ビームが比較的広く、マウスの脳の特定の領域に特に焦点を合わせることができないということでした。それは、私たちのチームが風通しの良いビームの単一遺伝学に巻き込まれたときです。それは、操作したいニューロンを具体的に選択できます。パーキンソン病の治療？技術の約束のテストとして、彼女のグループは、パーキンソン病（PD）の治療として技術の可能性を評価しました。彼らは、マウスにPD疾患モデルを確立することから始めました。エアリービームデバイスで治療する前に、マウスはブラディキネシアなどの特徴的なパーキンソン症の運動障害を示し、運動の開始を妨げました。その後、グループはアデノ関連ウイルスを腹側線条体に注入し、風通しの良いビームがオンになったときに罹患したニューロンがイオンチャネルを開き、それによりニューロンを発射します。マウスが注射手順から回収された後、風通しの良いビームデバイスが頭に取り付けられました。電源を入れると、パーキンソン症の運動障害が軽減されました。「エキサイティングなのは、これらの超音波に敏感なイオンチャネルが、体外から制御できる小さなオン/オフスイッチとして機能することです」とチェン博士は言いました。 「スイッチをニューロンに配置して脳の活動を制御できますが、膵臓や心臓のような他の細胞では、異なる細胞機能を制御するためにも使用できます。」他のグループは、ニューロンや他の細胞を活性化するための非侵襲的アプローチとしてのソノジェネティクスの使用を研究していますが、チェン博士のグループは、左右の線条体など、複数の脳領域の柔軟なターゲティングを一度に柔軟にターゲットにするために最初に展開しました。トリックは、選択の任意の場所に超音波ビームを集中させるために調整されたホログラムレンズを使用することです。チェン博士は、この技術は人間の臨床試験の準備ができていないことには程遠いです。 「人間でテストする前に、テクノロジーのすべてのコンポーネントを最適化する必要があります」と彼女は言いました。彼女のキャリアが彼女をどれだけ連れて行ったかを振り返って、チェン博士は次のように述べています。「中国で育ったので、超音波が遺伝学と組み合わせることができるとは想像もしませんでした。チャラサニ博士は、風通しの良いビーム超音波検査を臨床試験に持ち込むためにはるかに多くの作業が必要になることに同意しました。 「今、彼女は左右の線条体のターゲティングを実証しました」と彼は言いました。 「しかし、彼女は上部と下を標的にすることができますか？彼女は2つのターゲットで2つの異なるレベルのエネルギーを使用できますか？それをより大きな動物に持って行くことができますか？そして、それは人間の頭蓋骨の厚さを通過できますか？1つの課題は、人々が常に頭の上に風通しの良いビーム超音波を提供するデバイスを着用する必要があることです。しかし、チャラサニ博士は、深い脳の刺激装置を外科的に移植するよりもまだ望ましいかもしれないと述べた。開示引用された情報源のどれも関連する開示を持っていませんでした。 #アコースティックホログラムは超音波で正確な脳領域をターゲットにしています...今日の神経学