神経疾患の治療のための3Dプリント超音波ホログラム

2022年5月31日、アンタークティックベアは、バレンシア工科大学（UPV）、スペイン国立研究評議会（CSIC）、米国のコロンビア大学の研究チームが、3Dプリント技術を使用して神経疾患を治療するための音響ホログラムを作成するという共同プロジェクトを実施していることを知りました。これらのデバイスを使用すると、血液脳関門を選択的、効果的、かつ標的を絞った方法で開くことができます。これにより、このタイプの神経障害を治療するための治療薬の使用が容易になります。

汎米保健機構（PAHO）によると、神経疾患による死亡者は2019年に合計533,172人で、人口10万人あたり約32.9人となった。これには、アルツハイマー病、パーキンソン病、多発性硬化症、統合失調症などの病気が含まれます。しかし、レニショーが開発したデバイスのおかげで、2020年にはすでに3Dプリントを利用した神経変性疾患の治療の進歩が見られるかもしれない。現在、前述の組織で構成される研究チームは、健康および医療機器開発の分野におけるさまざまな利点があるため、この技術に賭け続けています。
写真提供: UPV
3D プリントされた音響ホログラム<br /> プロジェクトの専門家によると、集束超音波（FUS）技術は神経疾患の治療に大きな可能性を秘めている。これは、正確かつ非侵襲的な方法で治療効果を生み出す能力によるものです。しかし、さまざまな理由から、それを神経系の構造に適用することは困難です。その理由としては、頭蓋骨の歪みや減衰の影響、脳構造の複雑な空間分布などが挙げられます。この問題に対処するため、研究者らは積層造形された3D音響ホログラムの実験を行い、マウスの2つの鏡像領域で両側血液脳関門（BBB）開口実験を実施し、音響ホログラムの最初の前臨床応用を提案した。
医師が患者の頭部の超音波検査を必要とする場合、治療する領域を特定して分割するために、CT と MRI をユーザーに提供できます。この情報に基づいて、医師は病変部位を区別し、ホログラフィックモデルを設計することができます。カスタムデバイスを作成するために、彼らは 3D プリントを使用して低コストのホログラムとしてデザインを作成しました。用途に応じて、費用は40〜300ユーロになります。超音波送信機は、1秒間に50万回の周波数で振動するスピーカーです。その前にホログラムを配置し、音波を通過させます。血液脳関門（BBB）の上皮組織が収縮し始めると、薬物分子がその領域に入り込み、症状の治療が始まります。
音響ホログラム。画像出典: UPV
集束超音波システムは、1.68 MHz で動作する単結晶集束トランスデューサーと、麻酔をかけたマウスの体内で 2 つの対称的な焦点を生成するように設計された 3D プリント超音波ホログラムで構成され、同時に頭蓋骨によって生じる波面収差を補正します。 T1強調MR画像では、2つの対称的な準球状病巣でガドリニウムの血管外漏出が認められた。時間反転フィールドをエンコードすることにより、ホログラムは回折限界に近い解像度で、小さな前臨床動物の頭蓋骨内の複数のポイントに音響エネルギーを集中させることができます。この研究は、ホログラム支援による BBB 開口により、中枢神経系のさまざまな半球対称領域に低コストで高度に局所化された標的薬物送達を実現する実現可能性を実証しています。ホログラムは、回折限界に近い解像度で、小さな前臨床動物の頭蓋骨内の複数のポイントに音響エネルギーを集中させることができます。実際、このプロジェクトは、BBB が両半球で同時に開設される初めてのケースとなります。
UPV の研究員ノエ・ヒメネス氏は、この成果についてさらに詳しく述べ、次のように結論づけている。「私たちのホログラムでは、超音波ビームが、アルツハイマー病に関係する海馬の 2 つの核など、治療上非常に重要な脳の部分に非常に正確に焦点を合わせ、適応します。この 2 つの核は、特殊な 3 次元形状をしています。」
現在、この研究はまだ人間に対する臨床試験は始まっていないが、この進展は神経疾患を患う人々にとって確かに心強いニュースである。詳細については、「マウスモデルにおける両側血液脳関門開口のための音響ホログラム」という論文をご覧ください。

関連論文リンク: https://ieeexplore.ieee.org/document/9548786

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