Siêu âm hội tụ có thể giúp điều trị không xâm lấn chuẩn xác

Phòng thí nghiệm He Lab của Đại học Carnegie Mellon đang tập trung vào các giải pháp điều trị không xâm lấn các bệnh lý thần kinh không chỉ cung cấp các kỹ thuật chẩn đoán mà còn đưa ra các lựa chọn điều trị đột phá. Nghiên cứu mới nhất của họ đã chứng minh điều hòa thần kinh từ phương pháp điều trị không xâm lấn thông qua siêu âm cường độ thấp có thể chọn lọc loại tế bào trong việc điều khiển các tế bào thần kinh.

Bệnh Parkinson, động kinh và mất ngủ chỉ là một vài trong số các bệnh rối loạn thần kinh sử dụng các phương pháp điều hòa thần kinh ngày nay. Điều hòa thần kinh là cung cấp năng lượng vật lý có kiểm soát đến hệ thần kinh để điều trị và cải thiện chất lượng cuộc sống của bệnh nhân. Hiện tại, các phương pháp điều hòa thần kinh mặc dù hiệu quả, nhưng vẫn có những mặt hạn chế và trở ngại.

Bin He, Giáo sư Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Carnegie Mellon, giải thích: Kích thích não sâu là một phương pháp rất thành công, nhưng lại là một liệu pháp điều trị xâm lấn liên quan đến việc cấy điện cực vào các khu vực nhất định trong não người bệnh, đây là một ví dụ về cách điều hòa thần kinh đang được sử dụng trong môi trường lâm sàng hiện nay. Các chuyên gia y tế cũng đã sử dụng kích thích từ xuyên sọ (một liệu pháp không xâm lấn) và kích thích điện xuyên sọ, nhưng cả hai phương pháp này đều không có khả năng tập trung đặc biệt vào mức độ mạch thần kinh. Nhóm của tôi quan tâm đến việc phát triển một phương pháp thay thế hoàn toàn không xâm lấn và hiệu quả hơn.

Siêu âm hội tụ xuyên sọ cường độ thấp, hay tFUS, là một công nghệ điều hòa thần kinh mới và hoàn toàn có thể đảo ngược. Phương pháp này không xâm lấn, chính xác và không cần phẫu thuật. Trong quá trình điều hòa thần kinh tFUS, năng lượng cơ học xung được truyền qua hộp sọ, với độ phân giải không gian cao và được chọn lọc, tại các vùng não được nhắm mục tiêu, có thể được điều khiển để kích hoạt hoặc ức chế thông qua việc điều chỉnh tham số.

Trong nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature Communications, lần đầu tiên nhóm của He đã chứng minh rằng các loại tế bào cụ thể có thể được nhắm mục tiêu thông qua điều hòa thần kinh tFUS. Qua đó các tế bào thần kinh bị kích thích có độ nhạy cao với tần số lặp lại của xung siêu âm, trong khi các tế bào thần kinh bị ức chế thì không.

Phát hiện này rất có ý nghĩa, bởi vì nó chứng minh khả năng đầu tiên của liệu pháp không xâm lấn này là dùng các chất điều biến thần kinh để điều chỉnh một quần thể tế bào được chọn, bằng cách sử dụng một kỹ thuật có thể được truyền lại trực tiếp để sử dụng cho con người. Với khả năng đã được chứng minh của tFUS trong việc kích hoạt các tế bào thần kinh bị kích thích hoặc ức chế, các liệu pháp trong tương lai có thể nhắm mục tiêu chuẩn xác các mạch não bằng cách sử dụng năng lượng siêu âm hội tụ và kích hoạt hoặc ức chế các tiểu quần thể tế bào thần kinh được chọn bằng cách điều chỉnh các thông số siêu âm.

Kai Yu, đang làm việc tại Đại học Carnegie Mellon cho biết: Kết quả nghiên cứu của chúng tôi thu được bằng chứng trực tiếp rằng các quần thể tế bào thần kinh khác nhau phản ứng không đồng đều với kích thích siêu âm trong não. Chúng tôi đã xác định một thông số kích thích quan trọng có thể điều chỉnh sự cân bằng giữa các hoạt động của tế bào thần kinh bị kích thích và ức chế, và chúng tôi đã tiến hành các thử nghiệm kiểm soát  cẩn trọng để hỗ trợ những phát hiện khoa học thần kinh có giá trị này.

Ứng dụng của nghiên cứu này có ý nghĩa phổ biến; nó không chỉ giới hạn ở một căn bệnh. Đối với nhiều người bị đau, trầm cảm và nhiều bệnh khác, He tin rằng điều hòa thần kinh tFUS (không xâm lấn) có thể được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều trị.

Ông He nói: Nếu chúng ta có thể xác định vị trí và nhắm mục tiêu các vùng của não bằng cách sử dụng năng lượng âm thanh, sóng siêu âm, tôi tin rằng chúng ta có thể điều trị được vô số căn bệnh và tình trạng thần kinh, tâm thần. Lựa chọn điều trị kiểu này đem lại tiềm năng lớn đối với các bác sĩ trong tương lai. Tất nhiên, một lựa chọn điều trị không xâm lấn, chuẩn xác, có thể đảo ngược cũng như mang lại lợi ích vô tận cho bệnh nhân. Ước mơ của tôi là phát triển thêm nhiều liệu pháp không xâm lấn nữa.
 
Mục tiêu tiếp theo của ông là phát triển hơn nữa công nghệ điều hòa thần kinh tFUS với việc tăng cường độ phân giải và tính xác thực không gian, đồng thời trực tiếp kiểm tra khả năng ứng dụng của tFUS trong điều trị các tình trạng não ở người.