Az ultrahang nem csak képalkotó diagnosztikára, esetleg a fölös testzsír ultrahangos eltávolítására szolgál. Az utóbbi években rendkívül sokoldalú és rugalmas orvosi eszközzé vált, amellyel rákos daganatokat lehet eltávolítani, de hasznosak lehetnek hátfájás, vagy zöldhályog ellen, sőt a szorongás, vagy a depresszió kezelésénél is, s hab a tortán, hogy még a fizikai öregedés jeleit is visszafordíthatják, és csökkenthetik az idős korral járó tanulási és memóriaproblémákat.
Az ultrahang orvosi felhasználása az utóbbi időben olyan követhetetlenül bővül, hogy alig láthatók a technológiában rejlő összes lehetőség kiaknázásának határai. A 20 kilohertz feletti, emberek által nem hallható nagyfrekvenciás hangokat nevezzük ultrahangnak, amelyet évtizedek óta használnak képalkotó diagnosztikai, sőt szépészeti eszközként. Mára az ultrahangot a magzat vizsgálatától, a kutyák fogkövének eltávolításáig egy sor területen alkalmazzák a gyakorlatban.
Forrás: Flickr
Ám William és Francis Fry az Illinois-i Egyetemen már az 1940-es és 50-es években felfedezte, hogy az ultrahang sebészeti eszközként is működhet. A testvérek kifejlesztettek egy olyan készüléket, amely az ultrahangot több irányból egy szöveten belüli egyetlen pontra fókuszálta. Az így keletkező helyi hő elpusztította a célponton lévő sejteket, miközben a környező szöveteket sértetlenül hagyta.
Nagy intenzitású formában rákos sejteket pusztít és a bőrt fiatalítja
Az 1960-as évek elejére a Fry testvérek és kollégáik már nagy intenzitású fókuszált ultrahangot (HIFU) alkalmaztak az emberi agyban lévő egészségtelen szövetek megcélzására és elpusztítására, amivel a Parkinson-kórral kapcsolatos tüneteket igyekeztek kezelni és némi sikert el is értek.
Az első időkben el kellett még távolítani egy kis darabot a koponyából, mert a csont zavarja az ultrahanghullámok fókuszálásának képességét. Mintegy 30 évvel ezelőtt azonban a kutatók legyőzték ezt az akadályt. Fejlettebb eszközöket fejlesztettek ki, amelyek képesek az ultrahanghullámokat úgy manipulálni, hogy azok igazodjanak az egyén koponyájának vastagságához, vagyis már nem volt szükség a csont eltávolítására. Ez a fejlesztés lehetővé tette a kutatók számára, hogy a betegségek szélesebb körének terápiájával is megpróbálkozzanak.
Az érzelmek feldolgozásában szerepet játszó limbikus rendszer kis területeinek megcélzásával a HIFU a kényszerbetegség kezelésében is segíthet.
Ma már egyértelmű, hogy ha az ultrahangot különböző hosszúságú frekvenciára állítják be, olyan mély agyi régiókat lehet vele megcélozni, amilyeneket más technológiákkal nem lehet elérni.
A következő lépcső az volt, amikor a HIFU-t állati, majd emberi rákos szövetek elpusztítására kezdték használni, ezután a szemsebészet következett. Ma már nagyon sokrétű a nagy intenzitású fókuszált ultrahang alkalmazása.
Forrás: Wikimedia commons
Különböző rákos megbetegedések, például a prosztatarák kezelése mellett a hátfájások enyhítésében is használják. A bőr alatti testzsírt is képes eltávolítani, ezért széles körben alkalmazzák elhízás kezelésére, a szemráncok eltávolítására pedig ma már személyre szabott HIFU készülék is kapható.
Forrás: Wikimedia commons
A nagy intenzitású ultrahang bőrfiatalító képessége nem invazív beavatkozás, viszont vetekszik a sebészeti eredményekkel, ezért gyorsan hódít. A HIFU hőt termel a bőr alatti kötőszövetben, s erre válaszul a szervezet sebgyógyító molekulákat termel, amelyek átalakítják a szövetben lévő kollagénfehérjét, és feszesebbé teszik bőrt, vagy a megereszkedett állakat.
Egy nem randomizált vizsgálatban, amelyben egy bőrgyógyászok által használt HIFU-készüléket alkalmaztak, a résztvevők közel kétharmada számolt be az arc és az állkapocs érzékelhető feszességéről – és egy független értékelőkből álló csoport is javulást észlelt a csoport 60 százalékánál.
Alacsony intenzitású ultrahanggal a depresszió és az epilepszia is kezelhető lehet
A Frey testvérek az ötvenes években azonban egy másik felfedezést is tettek, ami az ultrahang egy másik alkalmazási területe előtt nyitotta meg a kaput. Amikor csökkentették az ultrahang intenzitását, anélkül is meg tudták változtatni a sejtek viselkedését, hogy elpusztították volna azokat. Macskákon végzett kísérletek például kiderítették, hogy ha úgynevezett alacsony intenzitású fókuszált ultrahangot (LIFU-t) vezettek az agy egyik, látásban részt vevő régiójába – az oldalsó genikuláris magba – az állatok átmenetileg kevésbé tudtak reagálni a fényre.
Ezt az utat, a LIFU-val végzett manipulációt azonban hosszú ideig nem folytatták, mígnem 2010-ben William Tyler és kollégái az Arizonai Állami Egyetemen kimutatták, hogy az egerek agykérgének mozgatórégiójába juttatott LIFU rángatózásra késztette a lábukat, vagy a farkukat. A LIFU tehát bárminemű elektróda beültetése nélkül is képes volt egy pontosan körülhatárolt agyi régió sejtjeinek stimulálására.
A következő lépésben már embereken vizsgálták a LIFU hatását. Az agy bőrről érkező ingereket fogadó régiójában, a szomatoszenzoros kéregben az ultrahang javította az önkéntesek bőrérzékenységét. Manapság azt kutatják, vajon a LIFU képes-e megváltoztatni az agysejtek viselkedését s ezáltal alkalmazható-e néhány betegség kezelésére. A New Scientist szerint jelenleg is több klinikai vizsgálat zajlik annak feltárására, az ultrahang ezen formája segíthet-e a depresszió, a szorongás, az epilepszia vagy a poszttraumás stressz zavar kezelésében. Egy másik klinikai kutatás a LIFU fájdalom kezelésben való bevethetőségét vizsgálja, s az első eredmények biztatóak.
Átjutás a vér-agy gáton
Az egyik legizgalmasabb lehetőség azonban az úgynevezett vér-agy gát megnyitásának lehetősége ultrahang segítségével. Ez a félig áteresztő membrán az agyban lévő speciális érrendszert veszi körül, amivel megakadályozza, hogy a vérben lévő kórokozók és egyéb anyagok átjussanak az idegszövetbe. A probléma az, hogy a vér-agy gát a gyógyszerek mintegy 98 százalékát is távol tartja az agytól, ami régóta akadályozza a test ezen részén kialakuló betegségek, többek között a rák és az Alzheimer-kór kezelését.
Az elmúlt húsz év során több kísérletet végeztek a LIFU azon tulajdonságának kihasználására, mely szerint a hanghullámok bármit megráznak, ami az útjukba kerül. Jelenleg 0,5-1 mikrométer átmérőjű, levegővel, vagy más gázzal töltött buborékokat fecskendeznek a véráramba, majd a LIFU segítségével felrázzák őket, miközben áthaladnak az agyi ereken. Ezáltal a buborékok kipukkadnak, és a keletkező lökéshullám átmenetileg megzavarja a vér-agy gátat, lehetővé téve a gyógyszerek, vagy más molekulák bejutását az agyszövetbe.
Forrás: Wikimedia commons
Elsőként 2015-ben sikerült feltörni „Szézám kapuját” s azóta a technológiát klinikai kísérletekben használják agydaganatok kezelésére. A brit tudományos hetilap szerint Jeffrey Kordower az Arizonai Állami Egyetemen a LIFU és a mikrobuborékok segítségével génterápiás anyagokat szeretne az agyba juttatni a Parkinson-kór kezelésére s ha ez sikerül, ez számos neurodegeneratív betegség kezelése előtt nyithatja meg az utat.
A vér-agy gát megnyitása azonban kétirányú anyagáramlásra is lehetőséget nyújt, s Jürgen Götz, az ausztráliai Queenslandi Egyetemen a buborékos LIFU módszerrel az Alzheimer-kórral összefüggő amiloidlerakódásokat igyekszik eltávolítani a betegség egy változatára módosított egerek agyából. A torontói Sunnybrook Kutatóintézetben ugyanakkor az egyik legagresszívabb agydaganat, a glioblasztóma jelenlétét igazoló DNS-markereket, speciális molekulákat szeretnék egy kezdeti humán kísérlet keretében a mikrobuborékos módszerrel átpumpálni a vér-agy gáton keresztül az általános véráramba. Onnan ugyanis sokkal könnyebb a mintavételezés, hogy jobban nyomon lehessen követni a kór progressziójának alakulását és az egyén rákkezelésre adott válaszát.
A LIFU-val kapcsolatos legújabb fejlemények azonban még meglepőbbek. Ezek ugyanis arra utalnak, hogy az alacsony intenzitású fókuszált ultrahang képes lehet megfiatalítani az agysejteket és potenciálisan visszafordíthatja az öregedés jeleit a test más részein.
Az öregedéssel az agy folyamatosan elveszíti az új információk feldolgozásának képességét, ami problémákat okoz a tanulásban és az emlékezésben. A Queensland-i Egyetem kutatói arra voltak kíváncsiak, hogy a LIFU segíthet-e visszafordítani ezt a hanyatlást. Azt gondolták, hogy a mikrobuborékokkal együtt megnyitják az vér-agy gátat, és egy sor olyan anyag bejutását teszik lehetővé az agyba, amelyekről úgy hitték, hogy segítenek javítani a sejtek teljesítményét, többek között azáltal, hogy összecsapódott fehérjerészecskéket távolítanak el az agyból.
Csakhogy a tudomány sosem nyílegyenes autópálya, gyakran meglepő kanyarokra van szükség. Az egereken végzett tesztek ugyanis csak bizonyos fokig váltották be a reményeket. A megnyitott vér-agy gát a rágcsálók egy részénél valóban segített az agysejtek teljesítményének növelésében. Meglepő módon azonban a csak LIFU-t kapott egerek közül, amelyeknél nem nyílt meg a vér-agy gát, még jobban teljesítettek a teszteken, míg azoknál, amelyeknél a buborékokkal megnyitották a gátat, ez az „agyturbózás” teljesen megmagyarázhatatlan módon nem jelentkezett.
Ezen a területen az elmúlt időszakban több hasonló izgalmas kísérletet végeztek. A Texasi Orvosi Egyetemen tavaly azt találták, hogy ha egy laboratóriumi edényben lévő sejttenyészetben elöregedett állati sejteket alacsony frekvenciájú ultrahangnak tesznek ki, ez megfiatalítja őket, és a fiatal sejtekhez hasonló növekedésre és osztódásra ösztönzi őket.
Figyelemre méltó módon a hatás még az élő állatokra is átültethetőnek tűnt: az öregedő egerek, amelyeket meleg fürdőbe helyeztek és alacsony frekvenciájú ultrahangnak tettek ki, fiatalosabban kezdtek viselkedni. Az egyik esetben egy görnyedt hátú és mozgásproblémákkal küzdő egér a kezelés után ismét normálisan kezdett mozogni.
A texasi kutatók most ugyanezt izületi porckopásos és cukorbetegségben szenvedő emberekkel is kipróbálják, miközben fogalmuk nincs, mitől produkál az alacsony frekvenciájú ultrahang ilyen figyelemre méltó eredményeket.
A gyanú szerint talán mechanikus erőhatás lehet a háttérben. Az alacsony intenzitású ultrahanghullámok mindenképpen kis nyomásváltozást gyakorolnak a sejtekre és talán ez befolyásolhatja az agysejtek egyes receptorcsatornáit, megváltoztatva a sejtek viselkedését és egymással való kommunikációját.
Az öregedő egerekben más hatásmechanizmus szerint, de szintén az ultrahanghullámok okozta nyomásváltozások lehetnek a háttérben. Ezek nyomják és húzzák az öregedő sejteket, s ezzel egyfajta fizikai edzésben részesítve őket. Ez a kutatók szerint talán aktiválja az autofágia nevű alvó folyamatot, amely lehetővé teszi, hogy a sejtek eltakarítsák a törmeléket, megszabaduljanak a rosszul működő alkotóelemektől, és visszatérjenek a normálisabb működéshez.
A többféle hipotézis közül – attól függően, hogy milyen ultrahangot használnak, vagy az agy melyik részét célozzák meg, akár egy, akár több, de talán az összes is helytálló lehet. Mielőtt az alacsony frekvenciás ultrahangot ilyen területen elkezdenék alkalmazni, egy fontos tényt azonban ismerni kellene, méghozzá azt, hogy mennyi ideig tart a kezelés hatása.
A jelenlegi kutatások nagy része ugyanis a New Scientist szerint azt mutatja, hogy a hatás egy, esetleg két órán át tart, attól függően, hogy mennyi ideig tart az ultrahang. A megfiatalított egerek az ultrahangos kezelés abbahagyása után visszaöregednek. Ez pedig kevés a gyakorlati alkalmazáshoz.
Más kutatók viszont úgy vélik, más módszereknél is évtizedekbe telt, amíg tökéletesítették őket és elérték a bennük rejlő lehetőségeket. A cél megéri a próbálkozásokat. Az ultrahang továbbra is nagy ígéret ezen a területen.
