Hongkonger Team berichtet über Hirnstimulation mit Ultraschall und Nanostrukturen bei Mäusen

Ein Forschungsteam der Hong Kong Polytechnic University kombinierte niedrigintensiven Ultraschall mit künstlich hergestellten hohlen Siliziumdioxid-Nanostrukturen (winzigen hohlen Partikeln), um bestimmte Hirnregionen bei Mäusen zu stimulieren, heißt es in einem Bericht von Phys.org. Die Studie mit dem Titel „Sono-mechanical nanostructures-enabled sustained precise ultrasound brain stimulation“ wurde in Nature Communications veröffentlicht. Lei Sun, Professor in der Abteilung für Biomedizintechnik und Sporttechnologie und Direktor des Research Center for Non-invasive Brain Computer Interface der Universität, leitete das Team, berichtete Phys.org.

Die Parkinson-Krankheit ist hauptsächlich mit dem allmählichen Verlust dopaminproduzierender Nervenzellen verbunden (Dopamin ist ein chemischer Botenstoff im Gehirn) und betrifft die Hirnsysteme, die Bewegung steuern, was häufig Tremor, Steifheit, Langsamkeit und Gleichgewichtsprobleme verursacht, heißt es in dem Bericht. Die derzeitige Behandlung stützt sich in der Regel auf Medikamente wie Levodopa, die Symptome insbesondere in früheren Stadien lindern können, deren Nutzen jedoch mit der Zeit weniger verlässlich werden kann, so der Bericht. Für manche Patienten bietet die tiefe Hirnstimulation (DBS) eine weitere Option, doch diese erfordert eine Operation, bei der Elektroden tief im Gehirn platziert werden, heißt es in dem Bericht.

Herkömmlicher transkranieller Ultraschall (durch den Schädel geleitet) dringt tief ein und kann nichtinvasiv verabreicht werden, doch seine räumliche Auflösung ist typischerweise auf Millimeter- oder Zentimeterskalen begrenzt, was die selektive Aktivierung kleiner Gruppen von Neuronen schwierig macht, berichtete Phys.org. Frühere Ansätze mit Nanopartikeln oder Nanoblasen verbesserten die Lokalisierung, doch ihre Instabilität in lebendem Gewebe schränkte ihren Nutzen für langfristige Anwendungen ein, heißt es in dem Bericht. Die von Suns Team verwendeten hohlen Siliziumdioxid-Nanostrukturen blieben mehr als neun Wochen im Mäusegehirn erhalten und reagierten weiterhin auf Ultraschall, so der Bericht.

Diese Beständigkeit ermöglichte eine wiederholte Stimulation gezielter Hirnregionen, darunter der motorische Kortex, das Striatum, das ventrale Tegmentum und der Nucleus subthalamicus, ohne genetische Veränderung und ohne wiederholte Verabreichung ins Gehirn, heißt es in dem Bericht. Die Ultraschallstimulation des durch Nanostrukturen gezielt angesteuerten Nucleus subthalamicus erhöhte die Dopamin-Signalgebung, was laut Bericht darauf hindeutete, dass der Ansatz Signalwege aktivierte, die bei der Parkinson-Krankheit betroffen sind. Behandelte Mäuse zeigten zudem eine bessere Erhaltung dopaminbezogener Neuronen, und ähnliche Vorteile wurden in einem zweiten Parkinson-Modell beobachtet, so der Bericht.

Phys.org beschrieb die Forschung als Proof of Concept für chronische, lokalisierte und minimal invasive Neuromodulation (Veränderung der Aktivität von Nervenzellen) mit Ultraschall und hohlen Siliziumdioxid-Nanostrukturen. Der Bericht erklärte, die Methode könne einige DBS-ähnliche Effekte ohne implantierte Elektroden erzielen. Er erklärte zudem, die Arbeit adressiere eine zentrale Herausforderung bei der Übertragung solcher Ansätze. Die berichteten Ergebnisse stammten von Mäusen; der Bericht beschrieb keine Tests am Menschen.