發(fā)布時間：2020-05-27 18:51

【摘要】：近年的研究發(fā)現(xiàn)聚焦超聲(Focused ultrasound,FUS)聯(lián)合微泡(microbubble,MB)能夠瞬時、局部和可逆的開放血腦屏障(blood-brain barrier,BBB),該方法現(xiàn)已成為靶向投遞藥物治療腦部疾病的一個研究熱點(diǎn)。然而,FUS聯(lián)合MB開放BBB在有些情況下是不安全的,當(dāng)超聲能量過大或者輻照時間過長時會引起腦組織損傷。研究表明FUS開放BBB的最主要機(jī)制是MB發(fā)生的空化效應(yīng),其與所使用的MB性能、FUS參數(shù)和組織的生理結(jié)構(gòu)等有關(guān)。因商業(yè)MB價格昂貴,為開發(fā)高性價比的MB,課題組采用機(jī)械振蕩法自主研制出一種MB。為達(dá)到安全、有效開放BBB的目的,需要探索合適的FUS治療參數(shù)。本文使用被動空化監(jiān)測技術(shù)對課題組自制的MB在FUS輻照下的空化行為進(jìn)行監(jiān)測,以確定安全開放BBB的最佳超聲治療參數(shù)。主要研究內(nèi)容:搭建一維離體被動空化監(jiān)測平臺,使用單陣元探頭接收FUS輻照過程中所產(chǎn)生的聲信號。通過峰峰值、均方根值、頻譜圖、時頻圖和空化劑量等參數(shù)研究自制MB在不同參數(shù)的FUS輻照下的空化行為,包括中心頻率、聲壓、脈沖重復(fù)頻率和脈沖長度,統(tǒng)計出最佳的超聲治療參數(shù)。一維離體被動空化監(jiān)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)聲壓較低時MB以穩(wěn)態(tài)空化為主,在聲壓上升到一定程度后,MB以慣性空化為主,自制MB的穩(wěn)態(tài)空化與慣性空化的聲壓臨界值約為0.3MPa。(2)相同聲壓下,中心頻率為1.1MHz的FUS比3.3MHz產(chǎn)生的空化效果更強(qiáng)。(3)脈沖長度為5000cycles的FUS比100cycles的產(chǎn)生的空化效應(yīng)更強(qiáng)。(4)脈沖重復(fù)頻率為1kHz的FUS比10Hz的產(chǎn)生的空化效應(yīng)更劇烈。結(jié)論:當(dāng)MB平均濃度為7×10~7~9×10~7個/mL時,FUS參數(shù)設(shè)置為頻率=1.1MHz、聲壓=0.3MPa、脈沖長度=5000cycles、脈沖重復(fù)頻率=10Hz,此時自制MB處于穩(wěn)態(tài)空化和慣性空化的臨界狀態(tài)。用4只小鼠(體重20±2g)進(jìn)行初步的活體實(shí)驗(yàn),所搭建的被動空化監(jiān)測平臺可方便檢測到MB在活體上的空化信號。結(jié)果表明:聲壓與MB的空化效應(yīng)密切相關(guān),即聲壓越大,MB的空化效應(yīng)越強(qiáng)烈,聲壓為0.4MPa時腦組織開始出現(xiàn)微小出血點(diǎn)�；陂L時間曝光聲學(xué)(Time Exposure Acoustics,TEA)算法對二維被動空化成像進(jìn)行了理論仿真,采用基于Verasonics的超聲成像系統(tǒng)搭建了二維被動空化監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺。初步獲取了MB二維空化分布圖。本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一:采用機(jī)械振蕩法制作了包裹惰性氣體的、外殼為脂質(zhì)的第二代超聲微泡。所制作的超聲微泡在成本方面遠(yuǎn)低于商業(yè)微泡、并且制作方法簡單。本文的創(chuàng)新點(diǎn)之二:自主搭建一維與二維被動空化平臺,通過一維被動空化平臺能夠找到自制微泡的穩(wěn)態(tài)空化與慣性空化的聲壓臨界值,二維被動空化平臺能初步獲得空化分布圖。
【圖文】：

圖 1.1 BBB 生物學(xué)結(jié)構(gòu)圖[9]血腦屏障的開放方式B 的存在是一把雙刃劍，一方面它能為大腦提供一種防御機(jī)制，另一方為臨床上治療性藥物投遞入腦進(jìn)行腦部疾病治療的最大障礙[12]。因此，種不同將治療藥物送入腦部組織的方法。目前，主要有四種將藥物投遞是設(shè)計新型藥物或?qū)λ幬镞M(jìn)行修飾使之通過 BBB 入腦；二是使用外科BB 直接向大腦運(yùn)送藥物；三是使用化學(xué)藥物或其他技術(shù)暫時增加 BB無創(chuàng)、可逆地開放 BBB[9]。然而，目前設(shè)計新型藥物需要的周期很長順利通過 BBB，此外，對藥物進(jìn)行修飾也非常昂貴；而采用侵入式的方相應(yīng)缺陷，例如外科手術(shù)會損傷正常組織且術(shù)后有感染風(fēng)險；靜脈注射透性藥物可能會使 BBB 過度開放從而使細(xì)胞毒性藥物進(jìn)入整個 CNS，性藥物都具有毒性[11]；經(jīng)鼻腔給藥不能實(shí)現(xiàn)腦組織靶向給藥且傳遞效率

自制微泡在低頻聚焦超聲輻照下的被動空化監(jiān)測研究MB 開放 BBB 將藥物投遞入腦的技術(shù)的可能機(jī)制之一。微束也能產(chǎn)生攪拌和微流泵，它們被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)空化增強(qiáng)血栓性藥物 rt-PA 藥效的兩種可能機(jī)制[1]。當(dāng)驅(qū)動壓力波超過某個稀疏峰壓力臨界值時，微泡的半徑膨脹到其平均半徑的幾倍緊接其后微泡又開始收縮，MB 壁的加速度被周圍液體的慣性主導(dǎo)，如圖 1.2 所示，因此微泡內(nèi)部壓力快速增加，達(dá)到一定程度會劇烈坍塌、爆破。這種現(xiàn)象稱為慣性空化（inertial cavitation）[6, 21]。氣泡在超聲波作用下壓縮膨脹到達(dá)極限時，會瞬間爆破釋放高能量沖擊波，，從而導(dǎo)致高壓射流的產(chǎn)生[22]，當(dāng)靠近微射流時能破壞細(xì)胞，如果細(xì)胞遠(yuǎn)離高壓射流，那么細(xì)胞膜臨時開放孔徑可能會發(fā)生，這也是使得 BBB 開放的可能原因。但是現(xiàn)有研究表明，慣性空化對 BBB 開放的作用不大，且其產(chǎn)生的劇烈生物學(xué)效應(yīng)還可能會損傷正常組織，而穩(wěn)態(tài)空化的效應(yīng)更有利于 BBB 開放，且因其在較低聲壓下就能產(chǎn)生相關(guān)的生物學(xué)效應(yīng)，所有相對來說是更易調(diào)控的[7, 23, 24]。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.0;R742

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄧金木;聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障的機(jī)制研究[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2013年

本文編號：2683982