腦神經細胞對微能量超音波刺激之反應

Abstract

隨著社會中老年人比例的增加，因退化出現的腦內疾病治療需求日益攀升，而各種精神疾病的治療需求也漸漸受到重視。目前臨床上針對不同腦內疾病的治療雖有相對應的藥物進行控制，但效果並不顯著。近年來，低強度超音波刺激發展迅速，其具有更高的空間分辨率和更大的穿透深度等優點，已成為神經調節的新型無創治療方式。超音波引起的神經刺激與調節能力受到越來越多的關注，但對於影響神經活動的機制與引起反應的參數和刺激方法所知甚少。目前幾乎還沒有研究報導關於腦細胞對低能量超音波刺激的基礎生物反應，導致對於腦部超音波治療該如何定義有效且安全的劑量完全沒有依據。故本研究針對於腦神經細胞在低能量超音波(LIPUS)刺激的劑量上進行基礎研究，由微觀的細胞實驗到巨觀的動物實驗，去了解超音波刺激對腦部的影響。 我們在研究中證明了神經元對於超音波刺激的暴露時間與超音波所設定的佔空比參數相當敏銳，而在極低能量刺激下(3mW/cm2)就能造成神經元中p-ERK的上調，而此模式可應用在活體刺激小鼠顱內CNS神經元，有效反應強度遠低於典型的治療用超音波 (>30 mW/cm2)。本研究展示了經顱超音波調控小鼠海馬迴組織中神經元的路徑同時包含能量直接刺激與經由聽覺的間接訊號傳遞，而神經元對超音波的反應機制之一是透過ASIC1a通道。超音波刺激所造成的ASIC1a通道的活化可讓外鈣進入細胞，這至少部分解釋了微能量超音波調節神經的分子基礎。此外，我們還呈現了在微能量超音波刺激下促使神經新生的證據。穿顱超音波能夠有效使Tbr2細胞增加，表明潛在的治療機轉。 藉由本研究對於有效刺激能量的下探，也讓我們對超音波刺激運用在腦疾病的治療上抱持謹慎的態度。能量過低，細胞或組織都不會因超音波刺激而有任何變化，累積能量過高則可能對腦細胞或組織造成損害。總體而言，我們提供了微能量超音波能夠對神經元產生影響的極限條件參數，同時表明了 LIPUS 刺激存在著治療神經疾病的潛能。