Huokoisen piin nanopartikkelit ja mikrokuplat MR-HIFU-hoidon tehostamisessa

Abstract

Magneettikuvausohjattu korkeaintensiteettinen fokusoitu ultraääni (MR-HIFU) on noninvasiivinen hoitomenetelmä, jossa tavoitteena on tuhota kohdekudos ultraäänen avulla. MR-HIFU-hoidossa ultraääni fokusoidaan kehon ulkopuolelta magneettikuvantamisen ohjaamana kohteeseen, jossa ultraäänen energia absorboituu voimakkaasti kudokseen fokuksessa tapahtuvan konstruktiivisen interferenssin aiheuttaman korkean intensiteetin takia. Ultraäänen akustisen energian absorboituminen nostaa kohdekudoksen lämpötilan yli 57 celsiusasteeseen, mikä aiheuttaa kudoksen nekrotisoitumisen muutamissa sekunneissa. Ultraäänen fokusoimisen ansiosta kohteen ulkopuolisten kudosten lämpötilat pysyvät matalina. MR-HIFUlla hoidetaan hyvän- ja pahanlaatuisia kasvaimia ja sen noninvasiivisuus tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon hoitomenetelmiä valittaessa. MR-HIFU-hoidon ongelmana on, että joissakin tapauksissa kohdekudokseen ei saada riittävää lämpöannosta, jolloin kohde ei nekrotisoidu. Tämä voi johtua kudoksen voimakkaasta perfuusiosta tai lämmön johtumisesta.

Tässä tutkimuksessa selvittiin millainen vaikutus huokoisen piin nanopartikkeleilla ja mikrokuplilla on MR-HIFU-hoidon ultraäänen akustisen energian absorboitumiseen ja millainen on konsentraatioiden vaikutus. Huokoisen piin nanopartikkelit ja mikrokuplat pitävät sisällään kaasuja, joiden odotetaan kasvattavan ultraäänen energian absorboitumista sekä lisäävän kudoksessa tapahtuvaa ääniaaltojen ja mikroskooppisten kaasukuplien välistä vuorovaikutusta eli kavitaatiota. Tällöin huokoisen piin nanopartikkeleja tai mikrokuplia voitaisiin käyttää tehosteaineena lisäämällä HIFUn lämpövaikutusta ja siten annettua lämpöannosta. Mittauksissa tutkittiin hydrofobisia termisesti hydrokarbidoituja (THCPSi), hydro ilisia termisesti karbidoituja (TCPSi) ja hydrofobisia dekeenissä termisesti hydrosilyloituja (DecPSi) huokoisen piin nanopartikkeleja sekä kaupallisia SonoVue-mikrokuplia.

Tutkimuksissa havaittiin THCPSi- ja DecPSi-nanopartikkelien ja mikrokuplien tehostavan ultraäänen energian absorboitumista. Näistä kolmesta DecPSinanopartikkelit olivat ylivertaisia. Niiden MR-HIFUn aiheuttaman lämpötilan nousua tehostava vaikutus oli yli 60 % jo pienellä 0,25 mg/ml konsentraatiolla. Tehostus kasvoi konsentraation kasvaessa aina 250 % konsentraation ollessa 4,0 mg/ml. Huokoisen piin nanopartikkeleilla ja mikrokuplilla on tutkimuksen perusteella potentiaalia olla hyödyksi MR-HIFU-hoitojen tehosteaineena.