闭合脑胶质母细胞瘤的循环

“闭环”已经成为商业世界的陈词滥调之一。但在癌症免疫治疗的世界里，闭合这个循环可能是一项创新，为难以治疗的脑癌——胶质母细胞瘤——开启强大的治疗方法。

佐治亚理工学院和埃默里大学的研究人员开发了一种系统，使用超声波诱导的微气泡来帮助强大的免疫疗法靶向脑肿瘤，并使用自定义算法不断微调气泡以获得最大效果。

他们的闭环控制聚焦超声该系统经实际应用证明是有效的存活率在小鼠模型中，包括在至少一个病例中根除整个肿瘤。他们在11月18日的杂志上描述了他们的方法科学的进步．

“通过闭环聚焦超声，我们观察到抗pd -1传递在统计学上有显著改善，这是我们用于免疫治疗的抗体。我们还在一项生存研究中观察到联合治疗的疗效有所改善，”乔治·w·伍德拉夫机械工程学院的博士生、该论文的第一作者Hohyun“Henry”Lee说。

“最近的研究表明，聚焦超声结合微气泡可以增强这种免疫治疗技术。我们开发了一种控制聚焦超声的算法，以最大限度地发挥这两种技术的联合效果。”

PD-1是免疫系统T细胞上的一种关键蛋白质，它起到关闭开关的作用，防止T细胞错误地攻击正常的健康细胞。然而，有时PD-1会阻止T细胞靶向癌细胞。如果不受人体免疫系统的干扰，这些细胞就会增殖。

抗pd -1药物阻止这种蛋白质关闭T细胞，释放它们攻击肿瘤。它们已经成为一种强有力的武器，尤其是治疗黑色素瘤和一些肺癌，但它们治疗脑瘤的效果一直令人失望——部分原因是药物通过大脑传递血脑屏障是一个重大挑战。

李教授与科斯塔斯·阿瓦尼蒂斯副教授共同开发的系统旨在利用直径为千分之一毫米的微小气泡，将抗pd -1疗法穿过血脑屏障，进入肿瘤微环境。聚焦的超声波使气泡振荡，从而打开血脑屏障，使治疗剂能够到达肿瘤。

研究人员在这项研究中的关键创新是一种算法，它可以不断测量气泡的回声，以保持最佳力，同时跟踪气泡浓度，不损害血管。这是闭环:该算法接受关于微气泡的恒定数据流并进行相应调整。其他微气泡系统缺乏这种级别的控制。

“我们需要真正调整我们用超声波施加在这些气泡上的压力或力，精度非常非常高，这就是亨利所做的，”伍德拉夫学院和华莱士H.库尔特生物医学工程系联合任命的Arvanitis说。“如果我们的振动更低，就不会达到预期的效果。如果我们有更高的级别，我们可能会造成伤害。这是关于调整气泡半径的这些微观到纳米级的变化，并且完全无创。”

研究人员创建了一个专注于超声系统利用微气泡打开抗pd -1免疫治疗药物到达脑肿瘤的通路。他们设计了一种算法，可以吸收关于微气泡的恒定数据流，并相应地调整以获得最佳效果。其他微气泡系统缺乏这种级别的控制。

Arvanitis说，该团队系统的适应性导致了更高的安全性，并能够为任何潜在的患者微调治疗方法。该算法能够检测到表明问题的信号并进行调整，在动态环境中维持恰到好处的微气泡振荡，而稳定和剧烈气泡崩溃之间的界限非常微弱。

Arvanitis说:“关闭循环并实时跟踪气泡动力学对这项研究和进入临床至关重要，每次你都有一个新病人和新病例。”“当我们与诊所的同事交谈时，他们告诉我们，你有很多限制，你真的需要在不影响安全和有效性的情况下迅速做出决定。这就是这个控制器所能提供的。”

该论文的其他贡献者包括伍德拉夫学院教授F. Levent Degertekin，博士后研究员Yutong Guo，埃默里微生物与免疫学系博士后James L. Ross，以及马萨诸塞州总医院的Scott Schoen。

Arvanitis说，虽然他们专注于开发算法控制的脑癌免疫治疗方法，但它也有希望加强其他类型的脑部疾病的治疗，如阿尔茨海默病或帕金森病。

“因为它非常安全，它让你有机会多次治疗，并在更长的时间内进行治疗。这可能是神经退行性疾病的关键，”他说。

目前，该团队已经在小动物模型中演示了该系统，但他们表示，他们的方法很容易扩展到现有的临床系统。他们希望与合作者合作，将他们的方法纳入正在进行的早期临床试验，以便进一步测试人类患者的安全性和有效性。

Degertekin说:“我们将在未来几年继续改进这种方法和仪器，使这种方法更有效，并有可能更广泛地适用。”