మైక్రోబబుల్స్‌తో ఖచ్చితమైన చికిత్స | సైన్స్డైలీ

అల్జీమర్స్, పార్కిన్సన్ లేదా మెదడు కణితులు వంటి మెదడు వ్యాధుల లక్ష్యంగా చికిత్స సవాలుగా ఉంది, ఎందుకంటే మెదడు ముఖ్యంగా సున్నితమైన అవయవం, ఇది బాగా రక్షించబడుతుంది. అందుకే రక్తప్రవాహంలో, మెదడుకు మందులను పంపిణీ చేసే మార్గాలపై పరిశోధకులు పనిచేస్తున్నారు. రక్తం-మెదడు అవరోధాన్ని అధిగమించడం దీని లక్ష్యం, ఇది సాధారణంగా కొన్ని పోషకాలు మరియు ఆక్సిజన్ గుండా వెళ్ళడానికి మాత్రమే అనుమతిస్తుంది.

అల్ట్రాసౌండ్‌కు ప్రతిస్పందించే మైక్రోబబుల్స్ ఈ విధమైన చికిత్సకు ప్రత్యేకంగా మంచి పద్ధతి. ఈ మైక్రోబబుల్స్ ఎర్ర రక్త కణం కంటే చిన్నవి, వాయువుతో నిండి ఉంటాయి మరియు వాటిని స్థిరీకరించడానికి కొవ్వు అణువుల ప్రత్యేక పూతను కలిగి ఉంటాయి. వారు with షధంతో కలిసి రక్తప్రవాహంలోకి ప్రవేశిస్తారు మరియు తరువాత అల్ట్రాసౌండ్ ఉపయోగించి టార్గెట్ సైట్ వద్ద సక్రియం చేస్తారు. మైక్రోబబుల్స్ యొక్క కార్యాచరణ కదలిక రక్త నాళాల గోడ యొక్క కణ త్వచంలో చిన్న రంధ్రాలను సృష్టిస్తుంది, అప్పుడు drug షధం గుండా వెళుతుంది.

మైక్రోబబుల్స్ ఈ రంధ్రాలను ఎలా సృష్టిస్తాయో గతంలో అస్పష్టంగా ఉంది. ఇప్పుడు, ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ ప్రొఫెసర్ అవుటి సుపోనెన్ నేతృత్వంలోని ETH పరిశోధకుల బృందం ఈ యంత్రాంగం ఎలా పనిచేస్తుందో మొదటిసారి ప్రదర్శించగలిగింది. “అల్ట్రాసౌండ్ కింద, మైక్రోబబుల్స్ యొక్క ఉపరితలం వారి ఆకారాన్ని కోల్పోతుందని మేము చూపించగలిగాము, దీని ఫలితంగా కణ త్వచం చొచ్చుకుపోయే మైక్రోజెట్స్ అని పిలవబడే చిన్న ద్రవ జెట్స్‌కు దారితీస్తుంది” అని సుపోనెన్ యొక్క డాక్టోరల్ విద్యార్థి మరియు ప్రధాన రచయిత మార్కో కాట్టానియో వివరించాడు ఇటీవల ప్రచురించబడిన అధ్యయనం ప్రకృతి భౌతికశాస్త్రం.

అదృశ్య శక్తి: 200 kph వద్ద ద్రవ మైక్రోజెట్స్

కణ త్వచంలో రంధ్రాలు ఎలా ఏర్పడ్డాయో ఇప్పటివరకు ఎవరికీ తెలియదు ఎందుకంటే మైక్రోబబుల్స్ కొన్ని మైక్రోమీటర్లను కొలుస్తాయి మరియు అల్ట్రాసౌండ్ కింద సెకనుకు అనేక మిలియన్ రెట్లు వరకు కంపిస్తాయి. ఇది గమనించడం చాలా కష్టం మరియు దీనికి ప్రయోగశాలలో ప్రత్యేక సెటప్ అవసరం. “ఇప్పటివరకు, చాలా అధ్యయనాలు పై నుండి సాంప్రదాయిక సూక్ష్మదర్శిని ద్వారా ఈ ప్రక్రియను చూశాయి. కానీ మీరు అలా చేసినప్పుడు, మైక్రోబబుల్ మరియు సెల్ మధ్య ఏమి జరుగుతుందో మీరు చూడలేరు” అని కాట్టానియో చెప్పారు. అందువల్ల పరిశోధకులు 200x యొక్క మాగ్నిఫికేషన్‌తో సూక్ష్మదర్శినిని నిర్మించారు, ఇది ఈ ప్రక్రియను వైపు నుండి గమనించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది మరియు దానిని హై-స్పీడ్ కెమెరాకు అనుసంధానించారు, ఇది సెకనుకు పది మిలియన్ చిత్రాలు పట్టవచ్చు.

వారి ప్రయోగం కోసం, వారు ఇన్-విట్రో మోడల్‌ను ఉపయోగించి రక్త నాళాల గోడను అనుకరించారు, ప్లాస్టిక్ పొరపై ఎండోథెలియల్ కణాలను పెంచుతారు. వారు ఈ పొరను ఒక పెట్టెపై ఉంచారు, సెలైన్ ద్రావణం మరియు మోడల్ drug షధంతో నిండిన పారదర్శక గోడలతో, కణాలు మూత లాగా ఉంటాయి. గ్యాస్ నిండిన మైక్రోబబుల్ స్వయంచాలకంగా పైకి పెరిగింది మరియు కణాలతో సంబంధాలు పెట్టుకుంది. మైక్రోబబుల్స్ అప్పుడు అల్ట్రాసౌండ్ యొక్క మైక్రోసెకండ్-పొడవైన పల్స్ ద్వారా వైబ్రేషన్‌లో సెట్ చేయబడ్డాయి.

అల్జీమర్స్, పార్కిన్సన్ లేదా మెదడు కణితులు వంటి మెదడు వ్యాధుల లక్ష్యంగా చికిత్స సవాలుగా ఉంది, ఎందుకంటే మెదడు ముఖ్యంగా సున్నితమైన అవయవం, ఇది బాగా రక్షించబడుతుంది. అందుకే రక్తప్రవాహంలో, మెదడుకు మందులను పంపిణీ చేసే మార్గాలపై పరిశోధకులు పనిచేస్తున్నారు. రక్తం-మెదడు అవరోధాన్ని అధిగమించడం దీని లక్ష్యం, ఇది సాధారణంగా కొన్ని పోషకాలు మరియు ఆక్సిజన్ గుండా వెళ్ళడానికి మాత్రమే అనుమతిస్తుంది.

అల్ట్రాసౌండ్‌కు ప్రతిస్పందించే మైక్రోబబుల్స్ ఈ విధమైన చికిత్సకు ప్రత్యేకంగా మంచి పద్ధతి. ఈ మైక్రోబబుల్స్ ఎర్ర రక్త కణం కంటే చిన్నవి, వాయువుతో నిండి ఉంటాయి మరియు వాటిని స్థిరీకరించడానికి కొవ్వు అణువుల ప్రత్యేక పూతను కలిగి ఉంటాయి. వారు with షధంతో కలిసి రక్తప్రవాహంలోకి ప్రవేశిస్తారు మరియు తరువాత అల్ట్రాసౌండ్ ఉపయోగించి టార్గెట్ సైట్ వద్ద సక్రియం చేస్తారు. మైక్రోబబుల్స్ యొక్క కార్యాచరణ కదలిక రక్త నాళాల గోడ యొక్క కణ త్వచంలో చిన్న రంధ్రాలను సృష్టిస్తుంది, అప్పుడు drug షధం గుండా వెళుతుంది.

మైక్రోబబుల్స్ ఈ రంధ్రాలను ఎలా సృష్టిస్తాయో గతంలో అస్పష్టంగా ఉంది. ఇప్పుడు, ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ ప్రొఫెసర్ అవుటి సుపోనెన్ నేతృత్వంలోని ETH పరిశోధకుల బృందం ఈ యంత్రాంగం ఎలా పనిచేస్తుందో మొదటిసారి ప్రదర్శించగలిగింది. “అల్ట్రాసౌండ్ కింద, మైక్రోబబుల్స్ యొక్క ఉపరితలం వారి ఆకారాన్ని కోల్పోతుందని మేము చూపించగలిగాము, దీని ఫలితంగా కణ త్వచం చొచ్చుకుపోయే మైక్రోజెట్స్ అని పిలవబడే చిన్న ద్రవ జెట్స్‌కు దారితీస్తుంది” అని సుపోనెన్ యొక్క డాక్టోరల్ విద్యార్థి మరియు ప్రధాన రచయిత మార్కో కాట్టానియో వివరించాడు నేచర్ ఫిజిక్స్లో ఇటీవల ప్రచురించబడిన అధ్యయనం.

అదృశ్య శక్తి: 200 kph వద్ద ద్రవ మైక్రోజెట్స్

కణ త్వచంలో రంధ్రాలు ఎలా ఏర్పడ్డాయో ఇప్పటివరకు ఎవరికీ తెలియదు ఎందుకంటే మైక్రోబబుల్స్ కొన్ని మైక్రోమీటర్లను కొలుస్తాయి మరియు అల్ట్రాసౌండ్ కింద సెకనుకు అనేక మిలియన్ రెట్లు వరకు కంపిస్తాయి. ఇది గమనించడం చాలా కష్టం మరియు దీనికి ప్రయోగశాలలో ప్రత్యేక సెటప్ అవసరం. “ఇప్పటివరకు, చాలా అధ్యయనాలు పై నుండి సాంప్రదాయిక సూక్ష్మదర్శిని ద్వారా ఈ ప్రక్రియను చూశాయి. కానీ మీరు అలా చేసినప్పుడు, మైక్రోబబుల్ మరియు సెల్ మధ్య ఏమి జరుగుతుందో మీరు చూడలేరు” అని కాట్టానియో చెప్పారు. అందువల్ల పరిశోధకులు 200x యొక్క మాగ్నిఫికేషన్‌తో సూక్ష్మదర్శినిని నిర్మించారు, ఇది ఈ ప్రక్రియను వైపు నుండి గమనించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది మరియు దానిని హై-స్పీడ్ కెమెరాకు అనుసంధానించారు, ఇది సెకనుకు పది మిలియన్ చిత్రాలు పట్టవచ్చు.

వారి ప్రయోగం కోసం, వారు ఇన్-విట్రో మోడల్‌ను ఉపయోగించి రక్త నాళాల గోడను అనుకరించారు, ప్లాస్టిక్ పొరపై ఎండోథెలియల్ కణాలను పెంచుతారు. వారు ఈ పొరను ఒక పెట్టెపై ఉంచారు, సెలైన్ ద్రావణం మరియు మోడల్ drug షధంతో నిండిన పారదర్శక గోడలతో, కణాలు మూత లాగా ఉంటాయి. గ్యాస్ నిండిన మైక్రోబబుల్ స్వయంచాలకంగా పైకి పెరిగింది మరియు కణాలతో సంబంధాలు పెట్టుకుంది. మైక్రోబబుల్స్ అప్పుడు అల్ట్రాసౌండ్ యొక్క మైక్రోసెకండ్-పొడవైన పల్స్ ద్వారా వైబ్రేషన్‌లో సెట్ చేయబడ్డాయి.

“తగినంత అధిక అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం వద్ద, మైక్రోబబుల్స్ గోళాకార ఆకారంలో డోలనం చేయడాన్ని ఆపివేసి, తమను తాము సాధారణ, గోళాకారేతర నమూనాలుగా మార్చడం ప్రారంభిస్తాయి” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. ఈ నమూనాల “లోబ్స్” చక్రీయంగా డోలనం చేస్తాయి, లోపలికి మరియు బయటికి నెట్టబడతాయి. ఒక నిర్దిష్ట అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం పైన, లోపలి-మడతపెట్టిన లోబ్స్ చాలా లోతుగా మునిగిపోతాయని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు, అవి శక్తివంతమైన జెట్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, మొత్తం బబుల్ దాటి, కణంతో సంబంధాలు పెట్టుకుంటాయి.

ఈ మైక్రోజెట్లు 200 కిలోమీటర్ల నమ్మశక్యం కాని వేగంతో కదులుతాయి మరియు కణాన్ని నాశనం చేయకుండా లక్ష్య పిన్‌ప్రిక్ వంటి కణ త్వచాన్ని చిల్లులు వేయగలవు. ఈ జెట్ మెకానిజం బుడగను నాశనం చేయదు, అనగా ప్రతి అల్ట్రాసౌండ్ చక్రంతో కొత్త మైక్రోజెట్ ఏర్పడుతుంది.

మెడిసిన్ సేవలో భౌతికశాస్త్రం

“ఒక చమత్కారమైన అంశం ఏమిటంటే, ఈ ఎజెక్షన్ మెకానిజం 100 kPa చుట్టూ తక్కువ అల్ట్రాసౌండ్ ఒత్తిళ్ల వద్ద ప్రేరేపించబడుతుంది” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. దీని అర్థం మైక్రోబబుల్స్‌పై పనిచేసే అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం, అందువల్ల రోగిపై, మన చుట్టూ ఉన్న వాతావరణ వాయు పీడనంతో పోల్చవచ్చు.

సుపోనెన్ సమూహానికి చెందిన పరిశోధకులు దృశ్య పరిశీలనలు చేయడమే కాక, వివిధ సైద్ధాంతిక నమూనాల శ్రేణిని ఉపయోగించి వివరణలను కూడా అందించారు. గతంలో ప్రతిపాదించబడిన అనేక ఇతర యంత్రాంగాలపై మైక్రోజెట్లు చాలా గొప్ప సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని వారు చూపించగలిగారు, మైక్రోజెట్ ఉత్పత్తి అయినప్పుడు మాత్రమే కణ త్వచం కుట్టినట్లు పరిశోధకుల పరిశీలనకు గట్టిగా మద్దతు ఇస్తుంది. కాట్టానియో ఇలా అంటాడు, “మా ల్యాబ్ సెటప్‌తో, ఇప్పుడు మైక్రోబబుల్‌లను గమనించడానికి మాకు మంచి మార్గం ఉంది మరియు సెల్-మైక్రోబబుల్ ఇంటరాక్షన్‌ను మరింత ఖచ్చితంగా వివరించవచ్చు.” ఇతర పరిశోధకులు అభివృద్ధి చేసిన కొత్త మైక్రోబబుల్ సూత్రీకరణలు అల్ట్రాసౌండ్‌కు ఎలా స్పందిస్తాయో పరిశోధించడానికి కూడా ఈ వ్యవస్థను ఉపయోగించవచ్చు.

“మా పని మైక్రోబబుల్స్ ద్వారా drugs షధాల యొక్క లక్ష్య పరిపాలన కోసం భౌతిక పునాదులను స్పష్టం చేస్తుంది మరియు వాటి సురక్షితమైన మరియు సమర్థవంతమైన ఉపయోగం కోసం ప్రమాణాలను నిర్వచించడంలో మాకు సహాయపడుతుంది” అని సుపోనెన్ జతచేస్తుంది. దీని అర్థం పౌన frequency పున్యం, ఒత్తిడి మరియు మైక్రోబబుల్ పరిమాణం యొక్క సరైన కలయిక చికిత్స యొక్క ఫలితాన్ని పెంచడానికి సహాయపడుతుంది, అదే సమయంలో రోగులకు ఎక్కువ భద్రత మరియు తక్కువ ప్రమాదాన్ని నిర్ధారిస్తుంది. “అదనంగా, కణ త్వచాన్ని చిల్లులు వేయడానికి అల్ట్రాసౌండ్ యొక్క కొన్ని పప్పులు సరిపోతాయని మేము చూపించగలిగాము. ఇది రోగులకు కూడా శుభవార్త” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. దీనికి విరుద్ధంగా, మైక్రోబబుల్స్ యొక్క పూతను అవసరమైన అల్ట్రాసౌండ్ పౌన frequency పున్యం కోసం కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు, ఇది జెట్‌లు ఏర్పడటం సులభం చేస్తుంది.

“తగినంత అధిక అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం వద్ద, మైక్రోబబుల్స్ గోళాకార ఆకారంలో డోలనం చేయడాన్ని ఆపివేసి, తమను తాము సాధారణ, గోళాకారేతర నమూనాలుగా మార్చడం ప్రారంభిస్తాయి” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. ఈ నమూనాల “లోబ్స్” చక్రీయంగా డోలనం చేస్తాయి, లోపలికి మరియు బయటికి నెట్టబడతాయి. ఒక నిర్దిష్ట అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం పైన, లోపలి-మడతపెట్టిన లోబ్స్ చాలా లోతుగా మునిగిపోతాయని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు, అవి శక్తివంతమైన జెట్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, మొత్తం బబుల్ దాటి, కణంతో సంబంధాలు పెట్టుకుంటాయి.

ఈ మైక్రోజెట్లు 200 కిలోమీటర్ల నమ్మశక్యం కాని వేగంతో కదులుతాయి మరియు కణాన్ని నాశనం చేయకుండా లక్ష్య పిన్‌ప్రిక్ వంటి కణ త్వచాన్ని చిల్లులు వేయగలవు. ఈ జెట్ మెకానిజం బుడగను నాశనం చేయదు, అనగా ప్రతి అల్ట్రాసౌండ్ చక్రంతో కొత్త మైక్రోజెట్ ఏర్పడుతుంది.

మెడిసిన్ సేవలో భౌతికశాస్త్రం

“ఒక చమత్కారమైన అంశం ఏమిటంటే, ఈ ఎజెక్షన్ మెకానిజం 100 kPa చుట్టూ తక్కువ అల్ట్రాసౌండ్ ఒత్తిళ్ల వద్ద ప్రేరేపించబడుతుంది” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. దీని అర్థం మైక్రోబబుల్స్‌పై పనిచేసే అల్ట్రాసౌండ్ పీడనం, అందువల్ల రోగిపై, మన చుట్టూ ఉన్న వాతావరణ వాయు పీడనంతో పోల్చవచ్చు.

సుపోనెన్ సమూహానికి చెందిన పరిశోధకులు దృశ్య పరిశీలనలు చేయడమే కాక, వివిధ సైద్ధాంతిక నమూనాల శ్రేణిని ఉపయోగించి వివరణలను కూడా అందించారు. గతంలో ప్రతిపాదించబడిన అనేక ఇతర యంత్రాంగాలపై మైక్రోజెట్లు చాలా గొప్ప సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని వారు చూపించగలిగారు, మైక్రోజెట్ ఉత్పత్తి అయినప్పుడు మాత్రమే కణ త్వచం కుట్టినట్లు పరిశోధకుల పరిశీలనకు గట్టిగా మద్దతు ఇస్తుంది. కాట్టానియో ఇలా అంటాడు, “మా ల్యాబ్ సెటప్‌తో, ఇప్పుడు మైక్రోబబుల్‌లను గమనించడానికి మాకు మంచి మార్గం ఉంది మరియు సెల్-మైక్రోబబుల్ ఇంటరాక్షన్‌ను మరింత ఖచ్చితంగా వివరించవచ్చు.” ఇతర పరిశోధకులు అభివృద్ధి చేసిన కొత్త మైక్రోబబుల్ సూత్రీకరణలు అల్ట్రాసౌండ్‌కు ఎలా స్పందిస్తాయో పరిశోధించడానికి కూడా ఈ వ్యవస్థను ఉపయోగించవచ్చు.

“మా పని మైక్రోబబుల్స్ ద్వారా drugs షధాల యొక్క లక్ష్య పరిపాలన కోసం భౌతిక పునాదులను స్పష్టం చేస్తుంది మరియు వాటి సురక్షితమైన మరియు సమర్థవంతమైన ఉపయోగం కోసం ప్రమాణాలను నిర్వచించడంలో మాకు సహాయపడుతుంది” అని సుపోనెన్ జతచేస్తుంది. దీని అర్థం పౌన frequency పున్యం, ఒత్తిడి మరియు మైక్రోబబుల్ పరిమాణం యొక్క సరైన కలయిక చికిత్స యొక్క ఫలితాన్ని పెంచడానికి సహాయపడుతుంది, అదే సమయంలో రోగులకు ఎక్కువ భద్రత మరియు తక్కువ ప్రమాదాన్ని నిర్ధారిస్తుంది. “అదనంగా, కణ త్వచాన్ని చిల్లులు వేయడానికి అల్ట్రాసౌండ్ యొక్క కొన్ని పప్పులు సరిపోతాయని మేము చూపించగలిగాము. ఇది రోగులకు కూడా శుభవార్త” అని సుపోనెన్ చెప్పారు. దీనికి విరుద్ధంగా, మైక్రోబబుల్స్ యొక్క పూతను అవసరమైన అల్ట్రాసౌండ్ ఫ్రీక్వెన్సీ కోసం కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు, ఇది జెట్‌లు ఏర్పడటం సులభం చేస్తుంది.