HIFU в медицине: точное разрушение тканей без хирургического вмешательства

Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (HIFU) — это неинвазивная медицинская технология, использующая фокусированные ультразвуковые волны для точного разрушения патологических тканей. Этот метод широко применяется в онкологии и других областях медицины, предлагая альтернативу традиционным хирургическим и лучевым методам.

Принцип действия технологии HIFU как „бескровной хирургии“

Принцип действия HIFU аналогичен принципу действия увеличительное стекло, фокусирующее солнечный свет. Многие ультразвуковые лучи проходят через поверхностные слои кожи и тканей, оставив их невредимыми. Только в точно определенной фокусной точке – области размером около 1 мм в диаметре и 10 мм в длину – энергия концентрируется, вызывая мощные биологические изменения.

I. Двойной механизм точного поражения

HIFU можно контролировать для достижения различных терапевтических эффектов, которые в основном делятся на термические и механические.

1. Термическая абляция

Это наиболее широко используемый механизм разрушения (абляции) опухолей:

• Нагревание до цитотоксического уровня: В точке фокусировки энергия ультразвука поглощается тканями и преобразуется в тепло. Это приводит к быстрое повышение температуры, обычно выше 60°С, а в некоторых системах до 90°С.

• Коагуляционный некроз: Эта высокая температура вызывает денатурация клеточных белков, что приводит к немедленной и необратимой гибели клеток (коагуляционный некроз). Если температура поддерживается выше 60°C в течение более 1 секунды, наступает немедленная гибель большинства клеток.

• Предел точности: Этот эффект настолько точен, что создает очень острая граница между разрушенными (мертвыми) и здоровыми (живыми) клетками, которые могут быть широкими не более 50 мкм.

2. Механическое воздействие (кавитация)

При применении HIFU с высокой мощностью и очень короткими импульсами преобладают механические эффекты:

• Акустическая кавитация: Это процесс, при котором ультразвуковые волны взаимодействуют с растворенными в тканях газами (микропузырьками), заставляя их колебаться или разрушаться.

• Деструкция (гистотрипсия): Сильный, инерционный коллапс микропузырьков генерирует ударную волну, которая механически разрушает клеточные мембраны, разрушая ткань (гистотрипсия).

• Доставка лекарств (сонопорация): При более низких уровнях интенсивности микропузырьки колеблются стабильный, создавая временные поры в клеточных мембранах (сонопорация). Этот обратимый процесс увеличивает проницаемость и позволяет лекарственным препаратам или генной терапии проникать в клетки-мишени.

II. Основные области применения HIFU в медицине

Применение HIFU делится на три основные категории: прямое разрушение тканей (абляция), целевая доставка лекарств и другие вспомогательные механизмы.

1. Разрушение пораженных тканей (абляция)

1.1. Лечение онкологических заболеваний (опухолей)

HIFU используется как неинвазивный метод лечения различных заболеваний злокачественный (раковый) и доброкачественный (нераковый) опухоли.

• Рак предстательной железы: HIFU — это неинвазивный метод лечения локализованного рака предстательной железы. Он позволяет точно уничтожить опухоль, сохраняя при этом нервы и мышцы, ответственные за… сексуальная функция и контроль мочеиспускания.

• Рак печени (ГЦК): HIFU используется для разрушения опухолей печени. Во многих случаях его комбинируют с другими методами лечения, что повышает эффективность.

• Доброкачественные образования: HIFU — это эффективный и безопасный вариант лечения миома матки (миома матки) – распространённая гинекологическая опухоль. Этот метод не оставляет послеоперационных рубцов и подходит женщинам, желающим сохранить матку.

• Другие опухоли: Его используют для лечения опухолей в грудь (например, фиброаденомы), почки и поджелудочная железа.

1.2. Нейрохирургия (заболевания головного мозга)

• Тремор: Было показано, что HIFU (обычно под контролем МРТ или MRgFUS) эффективен в снижении эссенциальный тремор (неконтролируемая дрожь) и тремор, связанный с болезнь Паркинсона. HIFU разрушает небольшую конкретную область мозга (таламус) не вскрывая череп.

1.3 Заболевания костей

• HIFU используется для облегчения боль, вызванная метастазами (распространение рака) в костях.

• У детей и молодых людей HIFU используется для уничтожения остеоидная остеома – вид доброкачественной опухоли кости.

2. Целенаправленная доставка лекарств

HIFU можно использовать в сочетании с лекарственными препаратами, чтобы гарантировать их достижение пораженной области в высокой концентрации.

2.1. Проникновение в мозг (вскрытие ЦМБ)

HIFU, часто с помощью микропузырьки, может временно открыть гематоэнцефалический барьер (толстый барьер, препятствующий проникновению большинства лекарств в мозг). Это позволяет лекарствам, антителам или генной терапии проникать в мозг для лечения опухолей, болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Открытие барьера является временным и обратимый.

2.2. Точное высвобождение препарата

Лекарственные средства могут быть инкапсулированы в специальные медиа (например, липосомы или микропузырьки), чувствительные к теплу или давлению.

• HIFU фокусируется на опухоли, чтобы вызвать легкая гипертермия (умеренный нагрев, около 42°C). Это тепло заставляет среду выпустить лекарство непосредственно в целевую область.

• Это особенно полезно при химиотерапии, так как снижает токсичность на здоровых клетках.

2.3. Повышение проницаемости клеток

Механическое воздействие HIFU (стабильной кавитации) может временно создавать небольшие поры в клеточных мембранах (сонопорация), которая облегчает проникновение лекарств или генов в клетки.

3. Другие механизмы и вспомогательные эффекты

• Повышенная чувствительность к другим методам лечения: Легкая гипертермия (нагревание), достигаемая с помощью HIFU, может увеличить метаболическая активность раковых клеток, делая их более чувствительными к химиотерапия и радиотерапия. Это позволяет достичь того же эффекта с более низкие дозы радиации.

• Борьба с тромбами (тромболизис): HIFU может быть использован для разрушение тромбов в сосудах (например, при инсульте) под действием механических сил. Этот метод позволяет восстановить нормальный кровоток.

• Остановка кровотечения (гемостаз): Тепловой эффект HIFU может закрыть поврежденные кровеносные сосуды и остановить внутреннее кровотечение путем свертывания крови (коагуляции).

• Иммунная стимуляция: Разрушение опухолевой ткани с помощью HIFU (путем теплового или механического воздействия) может активирует иммунную систему организму распознавать и атаковать раковые клетки.

• Паллиативное лечение: HIFU также используется для облегчения боли у пациентов с метастазами в костях, обеспечивая быстрое облегчение по сравнению с традиционной радиотерапией.

III. Преимущества HIFU-терапии

В целом HIFU обладает значительными преимуществами по сравнению с традиционными методами, в том числе: меньшая инвазивность, более быстрое восстановление (часто в течение нескольких дней), низкий риск от инфекций и отсутствия контакта с ионизирующее излучение (так как это контролируется МРТ или диагностическим УЗИ).

IV. Будущее и проблемы HIFU в медицине

Интерес к HIFU значительно возрос, но, несмотря на многообещающие клинические результаты (особенно при фибромиомах и треморе), технология все еще находится на ранней стадии развития.

Основные направления будущих исследований:

• Онкология: Необходимы дальнейшие исследования долгосрочные медицинские преимущества в лечении рака и лучшее понимание его роли в сочетании с другими методами лечения.

• Неврология: Необходимы дальнейшие исследования для определения оптимальных параметров открытия ЦМБ при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.

• Стандартизация и технические аспекты: Разнородность протоколов клинических исследований, особенно при лечении гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК), затрудняет сравнительный анализ. Для обеспечения более широкого применения необходимо стандартизировать технические параметры (частоту, мощность, время воздействия) и лучше их документировать.

• Безопасность: Хотя HIFU в целом безопасен, следует обратить внимание на редкие побочные эффекты, такие как: ожоги кожи. При кардиологических применениях (например, абляция мерцательной аритмии) возникали проблемы безопасности, такие как образование атрио-эзофагеальных свищей.