频率高于人类听觉阈值的声波在医疗中被常规使用。这些声波也被称为超声波，可以帮助临床医生诊断和监测疾病，还能让您首次看到新家庭成员（指产前超声检查）。如今，从癌症到阿尔茨海默病等神经退行性疾病患者，可能很快就能从这项技术的最新进展中受益。
我是一名生物医学工程师，研究如何将聚焦超声——即把声能集中到特定体积——微调以治疗各种疾病。在过去几年中，这项技术在临床中得到了显著发展和应用。研究人员继续发现使用聚焦超声治疗疾病的新方法。
聚焦超声简史
超声波是通过含有能将电流转换为振动（反之亦然）的材料的探头产生的。当超声波穿过人体时，它们会从不同类型组织的边界反射回来。探头检测这些反射并将它们转换回计算机可用于创建这些组织图像的电信号。
80多年前，科学家发现将这些超声波聚焦到约一粒米大小的体积可以加热并破坏脑组织。这种效果类似于用放大镜集中阳光点燃干树叶。早期研究者开始测试聚焦超声如何治疗神经系统疾病、疼痛甚至癌症。然而，尽管有这些早期发现，技术障碍阻碍了在临床中应用聚焦超声。例如，由于颅骨吸收超声能量，发送具有足够高能量以到达受损脑组织的聚焦光束被证明是困难的。研究人员最终通过将大型超声换能器阵列——在电信号和振动之间转换的探头——与关于颅骨形状和密度的基于图像的信息集成起来，克服了这个问题。这一改变使研究人员能够更好地微调光束以达到目标。
直到近年来科学家在成像技术和声学物理方面取得关键进展后，超声的潜力才在临床中得以实现。数百项旨在治疗数十种疾病的临床试验已经完成或正在进行中。研究人员在一种称为特发性震颤的疾病上取得了显著成功，这种疾病会导致不受控制的颤抖，通常是手部颤抖。如今，特发性震颤的聚焦超声治疗已在世界许多地方常规进行。
我相信聚焦超声最具吸引力的一些应用包括改善向大脑的药物递送、刺激针对癌症的免疫反应以及治疗中枢神经系统的罕见疾病。
向大脑递送药物
血脑屏障是进化对保持有害物质远离这一最关键器官的精妙解决方案。血脑屏障由紧密连接的细胞组成，这些细胞排列在血管内部。它只允许某些类型的分子进入大脑，以防止病原体和毒素。然而，在治疗疾病时，血脑屏障成为一个问题，因为它阻止了治疗方法到达其预期目标。
20多年前，开创性研究确定，发送低强度的聚焦超声脉冲可以通过使血管中的微气泡振荡来暂时打开血脑屏障。这种振荡推拉周围血管壁，短暂打开微小孔隙，使血液中的药物能够穿透进入大脑。关键的是，血脑屏障仅在应用聚焦超声的部位打开。
在多年测试该技术的安全性并改进超声能量控制后，研究人员开发了几种使用聚焦超声打开血脑屏障进行治疗的设备。正在开展临床试验，测试这些设备将药物递送到大脑以治疗胶质母细胞瘤、脑转移和阿尔茨海默病等疾病的能力。
与此同时，在开发用于多种脑疾病的基因疗法方面也取得了重大进展。基因疗法涉及修复或替换有缺陷的遗传物质以治疗特定疾病。将基因疗法应用于大脑尤其具有挑战性，因为此类疗法通常无法穿过血脑屏障。
动物研究表明，使用聚焦超声打开血脑屏障可以促进基因疗法向大脑中预期目标的递送，为在人体中测试这种技术打开了大门。
刺激针对癌症的免疫反应
癌症免疫疗法指导患者自身的免疫系统来对抗疾病。然而，许多患者——尤其是患有乳腺癌、胰腺癌和胶质母细胞瘤的患者——的肿瘤在免疫学上是"冷的"，这意味着它们对传统免疫疗法无反应。
研究人员发现，聚焦超声可以以某种方式破坏实体瘤，使免疫系统能够更好地识别和摧毁癌细胞。聚焦超声实现这一点的一种方式是将肿瘤转化为碎屑，这些碎屑随后实际上流向淋巴结。一旦淋巴结中的免疫细胞遇到这些碎屑，它们就可以启动专门针对癌症的免疫反应。
受这些突破的启发，弗吉尼亚大学于2022年成立了世界上第一个聚焦超声免疫肿瘤学中心，以支持该领域的研究并将最有希望的方法推向临床。例如，我的同事正在该中心进行一项临床试验，测试使用聚焦超声和免疫疗法治疗晚期黑色素瘤患者。
使用聚焦超声治疗罕见疾病
聚焦超声的研究主要集中在最严重和普遍的疾病上，如癌症和阿尔茨海默病。然而，我相信，聚焦超声在临床中的进一步发展和更广泛使用最终将使罕见疾病患者受益。
我实验室特别关注的一种罕见疾病是脑海绵状血管畸形（CCM）。CCM是脑部病变，当构成血管的细胞不受控制地生长时发生。虽然不常见，但当这些病变生长并出血时，它们可能导致致残性神经症状。CCM最常见的治疗方法是手术切除脑部病变；然而，一些CCM位于难以进入的脑区，这会带来副作用风险。放射治疗是另一种治疗选择，但它也可能导致严重的不良反应。
我们发现，使用聚焦超声打开血脑屏障可以改善向CCM的药物递送。此外，我们还观察到，即使不给药，聚焦超声治疗本身也能阻止CCM在小鼠中生长。虽然我们尚未理解聚焦超声如何稳定CCM，但关于在治疗其他疾病的患者中使用该技术安全性的大量研究，已使神经外科医生开始设计测试该技术在CCM患者中使用效果的临床试验。
随着进一步的研究和进展，我希望能够使聚焦超声成为治疗许多毁灭性罕见疾病的可行治疗选择。
提供方：对话网
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