Имплант MIT с ультразвуком помогает лекарству глубже проникать в мозг
Инженеры MIT создали имплантируемое устройство, в котором резервуар с медленно высвобождаемым лекарством сочетается с крошечными ультразвуковыми преобразователями: так препарат распространяется дальше по ткани мозга. Работа лаборатории Канан Дагдевирен из Медиа-лаборатории MIT вышла 26 октября в журнале Device; пока устройство проверили на модели ткани и на мышах.
Цель — помочь предотвратить рецидив глиобластомы, агрессивной опухоли мозга. Пациентам обычно делают операцию, но хирурги редко могут удалить все раковые клетки, и опухоль часто возвращается. По данным MIT, в США ежегодно диагностируют чуть более 10 тысяч случаев, а в среднем пациенты живут 12–15 месяцев после постановки диагноза.
Чем помогает ультразвук
Имплантируемые пластины и гидрогели с лекарством уже существуют, но они работают за счёт пассивной диффузии. Команда MIT хотела получить больше контроля над временем и распределением препарата. Прежние исследования показали, что ультразвук создаёт конвективные потоки, которые переносят молекулы лекарства дальше, а его механические колебания временно повышают проницаемость гематоэнцефалического барьера.
Новое устройство LUCID (Long-term Ultrasound-enhanced Convective Injection Device, «устройство для длительного ультразвукового конвективного введения») — гибкий имплантат толщиной с лист плотной бумаги. Канюля для подачи лекарства напечатана на 3D-принтере прямо на массиве из 24 миниатюрных ультразвуковых преобразователей, поэтому звуковые волны возникают у самого кончика иглы. Резервуар вмещает около 100 микролитров жидкости, подачу обеспечивает пассивный осмотический насос, а ультразвуком управляют по беспроводной связи Bluetooth. Небольшой аккумулятор заряжается беспроводным способом.
Что показали эксперименты
В «фантоме ткани» — гелеобразном материале, имитирующем человеческую ткань, — доставка с ультразвуком распространяла молекулы лекарства гораздо дальше, чем без него. На мышах исследователи вводили контрастное вещество для МРТ и обнаружили, что при включённой ультразвуковой матрице оно распространялось по мозгу дальше. Это были испытания самой доставки; о лечении опухоли не сообщается.
«У нас 24 преобразователя в одной ультразвуковой матрице, которая может помочь препарату преодолеть гематоэнцефалический барьер и усилить инфузию», — говорит Дагдевирен, старший автор исследования. Соведущий автор Джейсон Хоу добавляет: «Доставить лекарство в мозг — лишь часть задачи. Ему нужно ещё и распространиться по окружающей ткани».
Что дальше
Если устройство доведут до применения у пациентов, канюля и ультразвуковая матрица будут находиться внутри черепа, а аккумулятор и электроника могут остаться снаружи, говорят исследователи. По их мнению, технологию можно использовать и для доставки иммунотерапии или нуклеиновых кислот, включая генную терапию, а также, возможно, в других органах, не только в мозге. Исследование финансировали консорциум Медиа-лаборатории MIT и Национальные институты здравоохранения США. Больше — в разделах «Здоровье» и «Наука».