İnsan duyum eşiğinin üzerindeki frekanslarda çalışan ses dalgaları, tıp alanında rutin olarak kullanılmaktadır. Ultrason olarak da bilinen bu ses dalgaları, hastalıkların teşhis ve takibinde önemli bir rol oynarken, aynı zamanda yeni doğan bebeklerin ilk görüntülerini elde etmek için de kullanılır.
Günümüzde ise kanser gibi rahatsızlıklardan Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıklara kadar birçok duruma yönelik tedavilerde bu teknolojideki gelişmelerden faydalanılması planlanıyor.
Biyomedikal mühendisliği alanında, odaklanmış ultrasonun (belirli bir hacme ses enerjisinin yoğunlaştırılması) çeşitli hastalıkların tedavisinde nasıl ince ayarlanabileceği üzerine çalışmalar yürütülüyor. Son yıllarda bu teknoloji, klinik uygulamalarda büyük bir gelişim gösterdi ve araştırmacılar, odaklanmış ultrasonu hastalıklara karşı kullanmanın yeni yollarını keşfetmeye devam ediyor.
Odaklanmış Ultrasonun Kısa Tarihi
Ultrason, elektrik akımını titreşimlere dönüştüren ve tersini yapabilen bir malzemeye sahip prob aracılığıyla üretilir. Vücuttan geçerken, farklı doku türlerinin sınırlarından yansır. Prob, bu yansımaları algılayarak bilgisayarların bu dokuların görüntülerini oluşturmasını sağlayan elektriksel sinyallere dönüştürür.
Yaklaşık 80 yıl önce bilim insanları, bu ultrasonik dalgaları bir pirinç tanesi büyüklüğündeki bir hacme odaklayarak beyin dokusunu ısıtıp yok edebileceğini keşfettiler. Bu etki, güneş ışığını bir büyüteçle yoğunlaştırarak kuru bir yaprağı tutuşturmaya benzer.
İlk araştırmacılar, odaklanmış ultrasonun nörolojik bozuklukları, ağrıyı ve hatta kanseri nasıl tedavi edebileceğini test etmeye başladılar.
Ancak, bu erken bulgulara rağmen, odaklanmış ultrasonun klinik uygulamaya geçişinde teknik engeller vardı. Örneğin, kafatası ultrason enerjisini emdiği için, hasarlı beyin dokusuna ulaşacak kadar yüksek enerjili odaklanmış ışınlar göndermek zor oluyordu.
Araştırmacılar, ultrason transdüserlerinin (elektriksel sinyaller ve titreşimler arasındaki dönüşümü sağlayan problar) büyük dizilerini, kafatası şekli ve yoğunluğu hakkındaki görüntü tabanlı bilgilerle entegre ederek bu sorunu nihayet aştılar. Bu gelişme, araştırmacıların ışınları hedeflerine daha iyi uyarlamasına olanak tanıdı.
Son yıllarda görüntüleme teknolojisi ve akustik fizikteki önemli ilerlemeler sayesinde, ultrasonun vaatleri klinik alanda gerçekleşmeye başladı. Yüzlerce klinik deneme, onlarca hastalığın tedavisine yönelik tamamlandı veya devam ediyor.
Araştırmacılar, özellikle ellerin kontrolsüz titremesine neden olan esansiyel tremor (titreme) rahatsızlığında önemli başarılar elde ettiler. Esansiyel tremor için odaklanmış ultrason tedavileri artık dünyanın birçok yerinde rutin olarak uygulanıyor.
Bu alandaki en heyecan verici uygulamalardan bazılarının beyne ilaç taşınmasını iyileştirmek, kansere karşı bağışıklık tepkilerini uyarmak ve nadir merkezi sinir sistemi hastalıklarını tedavi etmek olduğuna inanılıyor.
Beyne İlaç Taşıma
Kan-beyin bariyeri, beyni zararlı maddelerden korumak için evrimin geliştirdiği zarif bir çözümdür. Kan-beyin bariyeri, kan damarlarının içini döşeyen çok sıkı bağlı hücrelerden oluşur. Bu bariyer, yalnızca belirli türdeki moleküllerin beyne girmesine izin vererek patojenlere ve toksinlere karşı koruma sağlar. Ancak, kan-beyin bariyeri, tedavilerin hedefe ulaşmasını engellediği için hastalıkları tedavi etmede bir sorun teşkil eder.
Yirmi yılı aşkın süre önce yapılan öncü çalışmalar, düşük yoğunluklu odaklanmış ultrason darbeleri göndererek, kan damarlarındaki mikro kabarcıkların salınımını tetikleyerek kan-beyin bariyerinin geçici olarak açılabileceğini göstermiştir. Bu salınım, çevreleyen damar duvarlarını itip çekerek, kan dolaşımındaki ilaçların beyne nüfuz etmesine izin veren küçük gözenekleri kısa süreliğine açar. Önemli olan, kan-beyin bariyerinin yalnızca odaklanmış ultrasonun uygulandığı yerde açılmasıdır.
Bu tekniğin güvenliği üzerindeki yıllarca süren testler ve ultrason enerjisinin kontrolünü iyileştirdikten sonra, araştırmacılar kan-beyin bariyerini tedavi amaçlı açmak için odaklanmış ultrasonu kullanan birçok cihaz geliştirdiler.
Glioblastoma, beyin metastazları ve Alzheimer hastalığı gibi durumları tedavi etmek için bu cihazların beyne ilaç dağıtma yeteneğini test eden klinik denemeler devam ediyor. Buna paralel olarak, birçok beyin hastalığı için gen terapileri geliştirilmesinde de önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Gen terapisi, belirli bir hastalığı tedavi etmek için hatalı genetik materyali düzeltmeyi veya değiştirmeyi içerir. Beyne gen terapisi uygulamak özellikle zordur çünkü bu tür terapiler tipik olarak kan-beyin bariyerini geçemez. Hayvan çalışmaları, kan-beyin bariyerini açmak için odaklanmış ultrason kullanmanın, gen terapilerinin beyindeki hedeflerine ulaşmasını kolaylaştırabileceğini ve bu tekniğin insanlar üzerinde test edilmesinin önünü açabileceğini göstermiştir.
Kansere Karşı Bağışıklık Tepkilerini Uyarma
Kanser immünoterapisi, hastanın kendi bağışıklık sistemini hastalığa karşı savaşması için yönlendirir. Ancak, özellikle meme kanseri, pankreas kanseri ve glioblastoma gibi hastalıklardan muzdarip birçok hasta, tümörleri bağışıklık açısından "soğuk"tur, yani geleneksel immünoterapilere yanıt vermezler.
Araştırmacılar, odaklanmış ultrasonun, bağışıklık sisteminin kanser hücrelerini daha iyi tanımasını ve yok etmesini sağlayacak şekilde katı tümörleri yok edebileceğini öğrenmişlerdir. Odaklanmış ultrasonun bunu yapmasının bir yolu, tümörleri, lenf düğümlerine akan döküntülere dönüştürmektir. Lenf düğümlerindeki bağışıklık hücreleri bu döküntülerle karşılaştığında, kansere karşı özel bir bağışıklık tepkisi başlatabilir.
Bu çığır açan gelişmelere ilham veren Virginia Üniversitesi, bu alandaki araştırmaları desteklemek ve en umut verici yaklaşımları kliniklere taşımak amacıyla 2022 yılında dünyanın ilk odaklanmış ultrason immuno-onkoloji merkezini kurdu. Örneğin, araştırmacılar, ileri evre melanomu olan hastaları tedavi etmek için odaklanmış ultrason ve immünoterapi kullanımını test etmek üzere merkezde bir klinik deneme yürütüyorlar.
Odaklanmış Ultrason ile Nadir Hastalıkların Tedavisi
Odaklanmış ultrason üzerine yapılan araştırmalar öncelikle kanser ve Alzheimer hastalığı gibi en yıkıcı ve yaygın hastalıklara odaklanmıştır. Ancak, odaklanmış ultrasonun kliniklerde daha fazla geliştirilmesi ve kullanımının artmasıyla, nihayetinde nadir hastalıklara sahip hastalara da fayda sağlayacağına inanılıyor.
Laboratuvarımız için özellikle ilgi çekici nadir hastalıklardan biri serebral kavernöz malformasyon (CCM)'dir. CCM'ler, kan damarlarını oluşturan hücrelerin kontrolsüz büyümesiyle oluşan beyin lezyonlarıdır. Nadir olmasına rağmen, bu lezyonlar büyüyüp kanadığında, yıkıcı nörolojik semptomlara neden olabilir.
CCM için en yaygın tedavi, beyin lezyonlarının cerrahi olarak çıkarılmasıdır; ancak bazı CCM'ler, yan etki riski yaratan erişilmesi zor beyin bölgelerinde bulunur. Radyasyon da başka bir tedavi seçeneğidir, ancak bu da ciddi yan etkilere yol açabilir.
Kan-beyin bariyerini açmak için odaklanmış ultrason kullanmanın CCM'lere ilaç taşınmasını iyileştirebileceğini bulduk. Ek olarak, odaklanmış ultrason tedavisinin kendisinin farelerde ilaç uygulanmasa bile CCM'lerin büyümesini durdurabileceğini de gözlemledik.
Odaklanmış ultrasonun CCM'leri nasıl stabilize ettiğini henüz tam olarak anlamasak da, diğer hastalıklar için tedavi edilen hastalarda bu tekniğin güvenliği üzerine yapılan kapsamlı araştırmalar, beyin cerrahlarının CCM'li insanlarda bu tekniğin kullanımını test eden klinik denemeler tasarlamaya başlamasına olanak tanımıştır.
Daha fazla araştırma ve ilerlemeyle, odaklanmış ultrasonun birçok yıkıcı nadir hastalık için uygulanabilir bir tedavi seçeneği olmasını umuyorum.