HIFU in der Medizin, präzise Gewebezerstörung ohne Operation

Hochintensiver fokussierter Ultraschall (HIFU) ist eine nicht-invasive Medizintechnik, die fokussierte Ultraschallwellen zur präzisen Zerstörung von krankem Gewebe einsetzt. Diese Methode wird häufig in der Onkologie und anderen medizinischen Bereichen eingesetzt und bietet eine Alternative zu herkömmlichen chirurgischen Eingriffen und Strahlentherapie.

Funktionsprinzip der HIFU-Technologie als „unblutige Chirurgie“

Das Funktionsprinzip von HIFU ähnelt dem von Lupe zur Fokussierung des SonnenlichtsViele Ultraschallstrahlen durchdringen die Oberflächenschichten von Haut und Gewebe, sie unverletzt lassenNur im genau definierten Fokuspunkt – einem Bereich von ca. 1 mm im Durchmesser und 10 mm lang – Energie wird konzentriert und verursacht starke biologische Veränderungen.

I. Doppelmechanismus für präzise Zerstörung

HIFU kann gesteuert werden, um verschiedene therapeutische Effekte zu erzielen, die hauptsächlich in thermische und mechanische Effekte unterteilt werden.

1. Thermische Ablation

Dies ist der am häufigsten verwendete Mechanismus zur Tumorzerstörung (Ablation):

• Erhitzen auf zytotoxische Werte: Im Brennpunkt wird die Ultraschallenergie vom Gewebe absorbiert und in Wärme umgewandelt. Dies führt zu schneller Temperaturanstieg, normalerweise über 60 °C und in einigen Systemen bis zu 90 °C.

• Koagulative Nekrose: Diese hohe Temperatur verursacht Denaturierung zellulärer Proteine, was zum sofortigen und irreversiblen Zelltod (Koagulative Nekrose) führt. Wenn die Temperatur über 60°C gehalten wird für mehr als 1 Sekundetritt der sofortige Tod der meisten Zellen ein.

• Präzisionsgrenze: Dieser Effekt ist so präzise, dass er ein sehr scharfe Grenze zwischen zerstörten (toten) und gesunden (lebenden) Zellen, die weit reichen können nicht mehr als 50 µm.

2. Mechanischer Effekt (Kavitation)

Bei der Anwendung von HIFU mit hoher Leistung und sehr kurzen Impulsen überwiegen mechanische Effekte:

• Akustische Kavitation: Dabei handelt es sich um einen Vorgang, bei dem Ultraschallwellen mit im Gewebe gelösten Gasen (Mikrobläschen) interagieren und diese zum Schwingen oder Kollabieren bringen.

• Zerstörung (Hystotripsie): Der Starke, Trägheitskollaps Die Mikrobläschen erzeugen eine Stoßwelle, die die Zellmembranen mechanisch zerstört und das Gewebe zerstört (Histotripsie).

• Arzneimittelverabreichung (Sonoporation): Bei niedrigeren Intensitätsstufen oszillieren die Mikrobläschen stabil, wodurch temporäre Poren in Zellmembranen entstehen (Sonoporation). Dieser reversible Prozess erhöht die Durchlässigkeit und ermöglicht es Medikamenten oder Gentherapien, in die Zielzellen einzudringen.

II. Hauptanwendungsgebiete von HIFU in der Medizin

HIFU-Anwendungen lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen: direkte Gewebezerstörung (Ablation), gezielte Arzneimittelabgabe und andere unterstützende Mechanismen.

1. Zerstörung erkrankten Gewebes (Ablation)

1.1 Onkologische Behandlung (Tumoren)

HIFU wird als nicht-invasive Methode zur Behandlung verschiedener bösartig (krebsartig) Und gutartig (nicht krebsartig) Tumoren.

• Prostatakrebs: HIFU ist eine nicht-invasive Methode zur Behandlung von lokalisiertem Prostatakrebs. Es ermöglicht eine präzise Zerstörung des Tumors und versucht gleichzeitig, die Nerven und Muskeln zu erhalten, die für sexuelle Funktion und Harnkontrolle.

• Leberkrebs (HCC): HIFU wird zur Zerstörung von Tumoren in der Leber eingesetzt. In vielen Fällen wird es mit anderen Therapien kombiniert, was die Wirksamkeit erhöht.

• Gutartige Formationen: HIFU ist eine wirksame und sichere Behandlungsoption für Uterusmyome (Uterusmyome) – ein häufiger gynäkologischer Tumor. Dieser Ansatz hinterlässt keine Operationsnarben und eignet sich für Frauen, die ihre Gebärmutter erhalten möchten.

• Andere Tumoren: Es wird zur Behandlung von Tumoren eingesetzt bei Brust (z. B. Fibroadenome), Nieren Und Pankreas.

1.2. Neurochirurgie (Hirnerkrankungen)

• Tremor: HIFU (normalerweise MR-gesteuert oder MRgFUS) hat sich als wirksam erwiesen bei der Reduzierung essentieller Tremor (unkontrollierbares Zittern) und Tremor im Zusammenhang mit Parkinson-KrankheitHIFU zerstört einen kleinen, spezifischen Bereich im Gehirn (Thalamus). ohne den Schädel zu öffnen.

1.3. Knochenerkrankungen

• HIFU wird verwendet zur Linderung Schmerzen durch Metastasen (Ausbreitung von Krebs) in den Knochen.

• Bei Kindern und Jugendlichen wird HIFU eingesetzt, um Osteoidosteom – eine Art gutartiger Knochentumor.

2. Gezielte Arzneimittelabgabe

HIFU kann in Kombination mit Medikamenten eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass diese in hoher Konzentration den erkrankten Bereich erreichen.

2.1. Eindringen in das Gehirn (Öffnung der CMB)

HIFU, oft mit Hilfe von Mikrobläschen, kann vorübergehend öffnen die Blut-Hirn-Schranke (die dicke Barriere, die verhindert, dass die meisten Medikamente das Gehirn erreichen). Dadurch können Medikamente, Antikörper oder Gentherapien in das Gehirn gelangen, um Tumore zu behandeln, Alzheimer-Krankheit oder Parkinson-KrankheitDie Öffnung der Schranke ist vorübergehend und reversibel.

2.2. Präzise Wirkstofffreisetzung

Medikamente können eingekapselt werden in Spezialmedien (z. B. Liposomen oder Mikrobläschen), die empfindlich auf Hitze oder Druck reagieren.

• HIFU konzentriert sich auf den Tumor zu verursachen leichte Hyperthermie (mäßige Erwärmung, ca. 42°C). Diese Wärme bewirkt, dass das Medium geben Sie die Medizin frei direkt in das Zielgebiet.

• Dies ist besonders nützlich bei der Chemotherapie, da reduziert die Toxizität auf gesunden Zellen.

2.3. Erhöhung der Zellpermeabilität

Die mechanischen Effekte von HIFU (stabile Kavitation) können vorübergehend kleine Poren in Zellmembranen (Sonoporation), die das Eindringen von Medikamenten oder Genen in Zellen erleichtert.

3. Andere Mechanismen und unterstützende Effekte

• Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber anderen Behandlungen: Die milde Hyperthermie (Erwärmung) mit HIFU kann erhöhen Stoffwechselaktivität von Krebszellen, wodurch sie empfindlicher gegenüber Chemotherapie Und StrahlentherapieDadurch lässt sich der gleiche Effekt erzielen mit geringere Strahlendosen.

• Bekämpfung von Blutgerinnseln (Thrombolyse): HIFU kann verwendet werden für Auflösen von Blutgerinnseln in Gefäßen (zum Beispiel bei einem Schlaganfall) durch mechanische Kräfte. Mit dieser Methode kann der normale Blutfluss wiederhergestellt werden.

• Blutstillung (Hämostase): Der thermische Effekt von HIFU kann Verschließen verletzter Blutgefäße und innere Blutungen durch Gerinnung (Koagulation) stoppen.

• Immunstimulation: Die Zerstörung von Tumorgewebe durch HIFU (durch Hitze oder mechanische Zerstörung) kann aktiviert das Immunsystem dem Körper, Krebszellen zu erkennen und anzugreifen.

• Palliative Behandlung: HIFU wird auch zur Schmerzlinderung bei Patienten mit Knochenmetastasen eingesetzt und bietet im Vergleich zur herkömmlichen Strahlentherapie eine schnelle Linderung.

III. Vorteile der HIFU-Therapie

Insgesamt bietet HIFU gegenüber herkömmlichen Methoden erhebliche Vorteile, darunter: weniger Invasivität, schnellere Erholung (oft innerhalb weniger Tage), geringes Risiko vor Infektionen und mangelnder Exposition gegenüber ionisierende Strahlung (da es durch MRT oder diagnostischen Ultraschall gesteuert wird).

IV. Zukunft und Herausforderungen von HIFU in der Medizin

Das Interesse an HIFU hat deutlich zugenommen, doch trotz vielversprechender klinischer Ergebnisse (insbesondere bei Myomen und Tremor) befindet sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

Hauptrichtungen für die zukünftige Forschung:

• Onkologie: Weitere Forschung ist erforderlich über langfristige medizinische Vorteile in der Krebsbehandlung und ein besseres Verständnis seiner Rolle in Kombination mit anderen Therapien.

• Neurologie: Weitere Studien sind erforderlich, um die optimalen Parameter für die Öffnung der CMB bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit.

• Standardisierung und technische Aspekte: Die heterogene Natur der Protokolle in klinischen Studien, insbesondere bei der Behandlung von HCC, erschwert vergleichende Analysen. Um eine breitere Akzeptanz zu gewährleisten, müssen die technischen Parameter (Frequenz, Leistung, Expositionsdauer) standardisiert und besser dokumentiert werden.

• Sicherheit: Obwohl HIFU im Allgemeinen sicher ist, sollte auf seltene Nebenwirkungen geachtet werden, wie zum Beispiel: HautverbrennungenBei kardiologischen Anwendungen (z. B. Ablation von Vorhofflimmern) gab es Sicherheitsbedenken, beispielsweise im Zusammenhang mit atrioösophagealen Fisteln.