Ultraschall-Mikrobläschen: Eine Revolution in der medizinischen Behandlung

von Klaus Müller
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ultrasound microbubbles

Eine bedeutende bahnbrechende Studie hat die Fähigkeit gezeigt, ultraschallgesteuerte Mikrobläschen in den Blutgefäßen des Gehirns zu kontrollieren. Diese innovative Technik bietet eine gezielte, minimalinvasive Methode zur Behandlung von Hirnerkrankungen, einschließlich Tumoren und psychischen Störungen, und minimiert möglicherweise die Nebenwirkungen, die typischerweise mit Medikamenten einhergehen. Quelle: SciTechPost.com

Forschern der ETH Zürich ist es erstmals gelungen, die Steuerung von Mikrofahrzeugen durch Gehirnblutgefäße bei Mäusen mithilfe von Ultraschall zu demonstrieren. Dieser Fortschritt öffnet die Tür zur präzisen Verabreichung von Medikamenten.

Das Team der ETH Zürich hat in den letzten Jahren eine Technik entwickelt, um Mikrofahrzeuge mithilfe von Ultraschall zu manövrieren, die sich nun im Gehirn als wirksam erwiesen hat. Diese Mikrofahrzeuge, im Wesentlichen harmlose Gasblasen, die sich nach der Mission auflösen, könnten in Zukunft Medikamente direkt zu bestimmten Hirnregionen transportieren, wodurch die Wirksamkeit der Medikamente erhöht und Nebenwirkungen reduziert werden.

Die Behandlung von Erkrankungen wie Hirntumoren, Blutungen und verschiedenen neurologischen und psychologischen Problemen ist mit Medikamenten eine Herausforderung und führt häufig zu erheblichen Nebenwirkungen, da die Medikamente das gesamte Gehirn betreffen. Diese neue Forschung gibt Anlass zu Optimismus für ein lokalisierteres Medikamentenverabreichungssystem, bei dem Minitransporter eingesetzt werden, die durch das komplexe Blutgefäßnetz des Gehirns navigieren können.

Die Zusammenarbeit der ETH Zürich, der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich ist das erste Mal, dass Mikrofahrzeuge mittels Ultraschall durch die Gehirngefäße eines Tieres geführt werden.

Die komplexe Blutversorgung des Gehirns macht dies zu einem anspruchsvollen Unterfangen. Bildnachweis: Science Photo Library / Francis Leroy

Ultraschall vs. Magnetismus

Ultraschall bietet im Vergleich zur magnetfeldbasierten Navigation deutliche Vorteile. Professor Daniel Ahmed von der ETH Zürich, einer der führenden Köpfe der Studie, nennt die Sicherheit und das tiefe Eindringen von Ultraschall in den Körper als wesentliche Vorteile.

Zu diesem Zweck nutzten Ahmed und sein Team lipidbeschichtete, gasgefüllte Mikrobläschen, die biologische Zellmembranen widerspiegeln. Diese Mikrobläschen mit einem Durchmesser von etwa 1,5 Mikrometern werden bereits in der Ultraschallbildgebung als Kontrastmittel eingesetzt.

Vorteile ultraschallgesteuerter Mikrobläschen

Diese Mikrobläschen können durch Blutgefäße navigieren, wie die Forscher zeigten. „Diese Vesikel, die bereits für den menschlichen Gebrauch zugelassen sind, bedeuten wahrscheinlich, dass unsere Technologie schneller als andere in der Entwicklung befindliche Mikrovehikel zugelassen und für Behandlungen am Menschen eingesetzt wird“, erklärt Ahmed, der für dieses Projekt 2019 einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats ERC erhalten hat.

Bilder von Gehirnblutgefäßen mit Mikrovehikelclustern in Orange (Mikroskopiebild). Bildnachweis: Del Campo Fonseca et al., Nature Communications 2023, herausgegeben von der ETH Zürich

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Mikrobläschen nach Abschluss ihrer Aufgabe im Körper auflösen. Im Gegensatz dazu erfordert die magnetische Navigation biologisch abbaubare magnetische Mikrofahrzeuge, deren Entwicklung eine Herausforderung darstellt. Die Mikrobläschen des ETH-Zürcher-Teams sind klein und glatt und helfen ihnen bei der Navigation durch enge Kapillaren, wie Alexia Del Campo Fonseca, Doktorandin in Ahmeds Gruppe und Hauptautorin der Studie, erklärt.

Gegen den Blutfluss navigieren

Ahmed und sein Team haben Jahre im Labor verbracht, um diese Mikroblasen-Navigationsmethode zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit der Universität Zürich und dem Universitätsspital Zürich haben sie es nun erfolgreich in Gehirngefäßen von Mäusen getestet. Die injizierten Mikrobläschen fließen auf natürliche Weise mit dem Blutkreislauf, aber das Team nutzte Ultraschall, um sie zu kontrollieren und gegen den Blutfluss zu lenken, selbst durch komplexe Gefäßwege.

Zur Steuerung der Mikrofahrzeuge wurden an den Mäuseschädeln Wandler angebracht, die Ultraschallschwingungen erzeugten. Diese Schwingungen interagieren im Gehirn und verstärken oder heben sich an bestimmten Stellen gegenseitig auf. Das Team verwendete eine hochentwickelte Technik, um die Ausgabe jedes Wandlers anzupassen und dies durch Echtzeitbildgebung zu überwachen.

Vorausschauen

Zur Bildgebung wurde in dieser Studie die Zwei-Photonen-Mikroskopie verwendet. Zukünftig ist geplant, die Ultraschalltechnologie zu diesem Zweck weiterzuentwickeln.

In dieser Forschungsphase waren die Mikrobläschen nicht mit Medikamenten beladen. Ziel war es, ihre Navigationsfähigkeit in Blutgefäßen und ihre Eignung für Anwendungen im Gehirn festzustellen. Es liegen vielversprechende medizinische Anwendungen vor uns, insbesondere in den Bereichen Krebs, Schlaganfall und psychische Gesundheitsbehandlung. In der nächsten Phase werden Arzneimittelmoleküle für den Transport an die Blasen gebunden. Ziel ist die Entwicklung einer Methode, die auf die Behandlung von Menschen anwendbar ist.

Referenz: „Ultrasound trapping and navigation of microrobots in the mouse brain vasculature“ von Alexia Del Campo Fonseca, Chaim Glück, Jeanne Droux, Yann Ferry, Carole Frei, Susanne Wegener, Bruno Weber, Mohamad El Amki und Daniel Ahmed, 21. September 2023, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038/s41467-023-41557-3

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zu Ultraschall-Mikrobläschen

Was ist die bahnbrechende Entdeckung bei Ultraschall-Mikrobläschen?

Der Durchbruch ist die Verwendung ultraschallgeführter Mikrobläschen zur Navigation durch die Blutgefäße des Gehirns. Diese Technik bietet eine gezielte, weniger invasive Methode zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns wie Tumoren und psychischen Störungen und reduziert möglicherweise die Nebenwirkungen von Medikamenten.

Wie funktionieren Ultraschall-Mikrobläschen im Gehirn?

Forscher haben eine Methode entwickelt, um Mikrofahrzeuge, bei denen es sich im Wesentlichen um gasgefüllte Mikrobläschen handelt, mithilfe von Ultraschall durch die Blutgefäße im Gehirn zu steuern. Diese Mikrobläschen können mit Medikamenten ausgestattet werden, was eine präzise Medikamentenabgabe an bestimmte Gehirnbereiche ermöglicht.

Welche potenziellen Vorteile bietet diese Ultraschall-Mikrobläschen-Technologie?

Diese Technologie könnte die Behandlung von Hirnerkrankungen erheblich verbessern, indem sie einen lokalisierteren Ansatz für die Arzneimittelverabreichung ermöglicht. Es hat das Potenzial, die Wirksamkeit von Medikamenten zu erhöhen und gleichzeitig deren Nebenwirkungen zu reduzieren, insbesondere bei der Behandlung von Hirntumoren, Blutungen und neurologischen Erkrankungen.

Wie schneidet Ultraschall im Vergleich zu anderen Navigationstechnologien für Mikrobläschen ab?

Ultraschall bietet gegenüber anderen Navigationstechnologien wie Magnetfeldern mehrere Vorteile. Es wird häufig im medizinischen Bereich eingesetzt, ist sicher und kann tief in den Körper eindringen. Dadurch ist es geeignet, Mikrobläschen durch das komplexe Blutgefäßnetz im Gehirn zu leiten.

Was sind die Zukunftspläne für diese Ultraschall-Mikrobläschen-Technologie?

Der unmittelbare Plan besteht darin, Arzneimittelmoleküle für den Arzneimitteltransport an diese Mikrobläschen anzuheften. Forscher wollen diese Technologie für den Einsatz beim Menschen weiterentwickeln und hoffen, dass sie zur Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Krebs, Schlaganfall und psychische Erkrankungen führen wird.

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5 Kommentare

SarahLee91 Dezember 28, 2023 - 4:22 pm

Es ist erstaunlich, wie die Wissenschaft immer neue Wege zur Behandlung von Krankheiten findet, insbesondere bei so komplexen Themen wie der Gesundheit des Gehirns. Ich hoffe wirklich, dass dies Menschen mit Tumoren usw. helfen kann.

Antwort
Mike_J Dezember 28, 2023 - 6:11 pm

Wow, das ist super cooles Zeug! Ich hätte nie gedacht, dass Ultraschall solche Dinge im Gehirn bewirken könnte.

Antwort
CuriousCat Dezember 29, 2023 - 1:46 am

Haben Sie etwas über die Sache mit Ultraschall vs. Magnetismus gelesen? Ich bin immer noch etwas verwirrt, aber es hört sich so an, als wäre Ultraschall die bessere Option? Die Wissenschaft ist wild, Mann.

Antwort
HealthWatcher Dezember 29, 2023 - 4:11 am

Sie fragen sich, wie lange es dauern wird, bis diese Technologie beim Menschen eingesetzt werden kann? fühlt sich wie ein Game Changer für die Medizin an.

Antwort
TechGeekRon Dezember 29, 2023 - 9:39 am

Ich muss sagen, ich bin beeindruckt von der Arbeit der ETH Zürich. Sie stehen immer an der Spitze technischer Innovationen, aber das ist die nächste Stufe.

Antwort

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