The therapeutic functions of focused ultrasound in neurodegeneration and Alzheimer's Disease: A narrative review
Creators: name: Λούκου, Σοφία Σταματίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Εστιασμένος υπέρηχος
Εστιασμένος υπέρηχος χαμηλής έντασης
Νόσος Alzheimer
Focused Ultrasound (FUS)
Low-intensity focused ultrasound/ LIFU/ Low-intensity FUS
Alzheimer's/ AD

description: Ο εστιασμένος υπέρηχος (FUS) αποτελεί μία νέα, πολλά υποσχόμενη, μη επεμβατική μέθοδο θεραπείας των νευροεκφυλιστικών νοσημάτων. Η συγκεκριμένη εργασία ανασκόπησης επικεντρώνεται στον εστιασμένο υπέρηχο χαμηλής έντασης (LIFU) και στη χρήση του στη θεραπεία έναντι της νόσου Alzheimer, εστιάζοντας στην ικανότητά του να διαταράσσει τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (ΑΕΦ), να προάγει τη νευρογένεση, να μεταφέρει θεραπευτικούς παράγοντες σε στοχευμένες περιοχές του εγκεφάλου με μεγάλη ακρίβεια και να μειώνει τα επίπεδα του β αμυλοειδούς. Μία διεξοδική ανάλυση μελετών σε ζώα η οποία εξέτασε τη σχέση μεταξύ διαφόρων παραμέτρων του LIFU όπως ακουστική πίεση, συχνότητα, χαρακτηριστικά των μικροφυσαλίδων και τα θεραπευτικά αποτελέσματα, τονίζει πως ο μηχανικός δείκτης πρέπει να μένει κάτω από 0.4. Τιμές μεγαλύτερες από 0.4, ξεπερνούν τον ουδό για εγκατάσταση “αδρανειακής σπηλαίωσης”, γεγονός που οδηγεί σε βλάβη του νευρικού ιστού. Για βέλτιστα αποτελέσματα και αποφυγή επιπλοκών, η τιμή της ακουστικής πίεσης πρέπει να μένει κάτω από 0.60-0.70 MPa και η κεντρική συχνότητα να κυμαίνεται ανάμεσα σε 0.2-2 MHz. Άλλοι παράμετροι όπως το μέγεθος των μικροφυσαλίδων, το μήκος εκρητικού κύματος, η συνολική διάρκεια εφαρμογής του υπερήχου και ο αριθμός των εφαρμογών παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο. Παρόλο που η επιτυχία της χρήσης του εστιασμένου υπερήχου έχει αποδειχθεί σε άλλες νευρολογικές ασθένειες όπως ο ιδιοπαθής τρόμος και ο καρκίνος εγκεφάλου, ο αριθμός των κλινικών μελετών σε ασθενείς με νόσο Alzheimer είναι περιορισμένος. Η συγκεκριμένη ανασκόπηση στοχεύει να συγκεντρώσει όλες τις μελέτες που έχουν γίνει μέχρι τώρα σε ζώα και ανθρώπους οι οποίες χρησιμοποιούν τον εστιασμένο υπέρηχο χαμηλής έντασης σαν εναλλακτική θεραπεία του Alzheimer, προκειμένου να προσδιοριστούν οι κατάλληλες τιμές των παραμέτρων (ακουστική πίεση, κεντρική συχνότητα κτλ) που μπορούν να εφαρμοστούν σε ανθρώπους ώστε να εξασφαλιστεί η επιτυχής κάθαρση του αμυλοειδούς αλλά και ο ελάχιστος κίνδυνος εμφάνισης ανεπιθύμητων ενεργειών. Διάφορες έρευνες έχουν δείξει πως η εφαρμογή του LIFU μαζί με μικροφυσαλίδες, ακόμα και χωρίς τη συγχορήγηση μονοκλωνικού αντισώματος έναντι του αμυλοειδούς, οδηγούν σε επιτυχές άνοιγμα του ΑΕΦ, διευκολύνουν τη στοχευμένη μεταφορά φαρμάκων και βελτιώνουν τα νοητικά ελλείματα, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των νευροψυχολογικών εξετάσεων πριν και μετά τη θεραπευτική παρέμβαση. Αν και υπήρξαν περιπτώσεις επιπλοκών μετά τη διαδικασία, όπως μικροαιμορραγία, οίδημα ή καθυστέρηση στο κλείσιμο του ΑΕΦ, οι περισσότερες από αυτές ήταν ευτυχώς αναστρέψιμες μέσα σε λίγες ημέρες χωρίς να προκληθεί μόνιμη βλάβη. Οι αναδυόμενες τάσεις στην τεχνολογία του LIFU, όπως η καθοδήγηση της απεικόνισης σε πραγματικό χρόνο και η πολυεστιασμένη θεραπεία με υπερήχους, συζητούνται για τη βελτίωση του πρωτοκόλλου εφαρμογής και τη μείωση των ανεπιθύμητων ενεργειών, συμβάλλοντας έτσι στην πρόοδο της θεραπείας της νόσου Alzheimer.
description: Focused ultrasound (FUS) has emerged as a promising avenue for noninvasive neurotherapeutics, particularly in the context of neurogenerative disorders. This review examines low-intensity focused ultrasound (LIFU) and its use in Alzheimer's disease (AD) treatment, focusing on its ability to disrupt the blood-brain barrier (BBB), promote neurogenesis, deliver therapeutic agents in targeted brain regions, and reduce amyloid-beta. A thorough analysis of animal studies examines the relationship between LIFU parameters like acoustic pressure, frequency, and microbubble characteristics and treatment outcomes, focusing on the threshold for inertial cavitation where the mechanical index stays below 0.4. For optimal results and to avoid complications, acoustic pressure should be below 0.60-0.70 MPa and central frequency between 0.2 and 2 MHz. Other factors such as microbubble size, burst length, total duration, and sonication times also play a crucial role. Despite successes in other neurological diseases like essential tremor or brain cancer, human clinical trials in AD are limited. The review aims to collect all animal and clinical trials using LIFU as an alternative to AD, in order to determine the values of acoustic pressure, central frequency, and other FUS parameters that can be applied in human brains, ensuring minimal risk of adverse events while concurrently enhancing amyloid or Tau pathology. Studies show that FUS with microbubbles at specific FUS parameters, with and without an amyloid antibody, results in successful BBB opening, facilitates targeted drug delivery, and improves cognitive impairment, as measured by neuropsychological assessment post-sonication. Although there were instances of complications following the procedure, such as microbleeding, edema, or a delay in BBB closure, most of them were fortunately reversible within a few days without permanent damage. Emerging trends in LIFU technology, such as real-time imaging guidance and multi-focused ultrasound therapy, are discussed for refining protocols and reducing side effects, contributing to the advancement of AD treatment.