Высокоточная лазерная хирургия сокращает распространение фокальных эпилептических припадков
В переполненном зале ожидания больницы мышцы молодого человека начали сокращаться в резком, непреклонном спазме, когда находчивый студент бросился ему на помощь.
“Мы подбежали, чтобы помочь стабилизировать состояние пациента. К моему удивлению, его мать спокойно заверила нас, что его припадок был обычным явлением из-за эпилепсии”, — сказал Сет Либерман, доктор философии 21 года, доктор философии 24 лет, который в то время был студентом-старшекурсником.
Позже Либерман стал свидетелем второго припадка – по иронии судьбы, с участием профессора, читавшего лекцию об эпилепсии, – и многих приступов у собак, когда он работал в больнице для животных Корнеллского университета в качестве аспиранта Колледжа ветеринарной медицины. Этот опыт помог ему узнать больше об этой болезни и воспламенил желание помогать тем, кто от нее страдает.
Сегодня Либерман является частью междисциплинарной исследовательской группы Корнелла, которая разработала новую хирургическую технику, которая блокирует распространение фокальных эпилептических припадков в головном мозге путем выполнения точных разрезов фемтосекундными лазерными импульсами. Новый многообещающий подход, подробно описанный в журнале Advanced Science, предлагает ряд преимуществ по сравнению с существующими протоколами лечения.
Ограниченные возможности лечения
Эпилепсия, характеризующаяся хроническими припадками, вызванными неконтролируемой возбуждающей активностью мозга, поражает примерно каждого 26-го человека в течение его жизни и также является наиболее распространенным неврологическим расстройством у собак.
Фокальная эпилепсия, подкласс этого заболевания, включает в себя приступы, возникающие в локализованной области мозга, прежде чем распространиться на окружающие ткани. Хотя во многих случаях эпилепсию можно купировать с помощью лекарств, около 45% пациентов с фокальной эпилепсией резистентны или со временем становятся резистентными. У таких людей лечение часто включает хирургическое удаление эпилептической части мозга.
«Проблема заключается в том, что при удалении большой области мозга иногда эта часть остается функциональной”, — сказал доктор Теодор Шварц, профессор минимально инвазивной нейрохирургии Дэвида и Урсела Барнсов в Weill Cornell Medicine, который был соавтором исследования.
В последние годы появилась альтернатива — лазерная внутритканевая термотерапия, при которой лазер нагревает целевую область мозга, эффективно устраняя источник судорог, но также нарушая любую нормальную функцию, связанную с этой областью.
“Это действительно полезно только в том случае, если у вас есть глубокая область мозга размером не более 2-3 сантиметров”, — сказал Шварц.
Удаление или прижигание эпилептической области мозга сопряжено с риском слепоты, потери нервов, хронических болей, инсульта и потери памяти, а также многих других неврологических нарушений. Именно поэтому Шварц начал исследование нового решения, основанного на безрезультатном хирургическом методе, разработанном более 50 лет назад..
Модернизация ‘варварской’ процедуры
Успехи двадцатого века в изучении эпилепсии показали, что фокальные припадки обычно начинаются в одной части серого вещества мозга и распространяются на соседние области мозга в определенных слоях, перпендикулярных соединениям, важным для нормальной работы мозга. Эти знания привели к разработке множественных субпиальных рассечений — хирургического метода, впервые опубликованного в 1973 году, который направлен на предотвращение распространения судорог путем выполнения небольших разрезов в коре головного мозга, эффективно перекрывающих путь распространения судорог через мозг. Однако этот метод получил ограниченное клиническое применение.
“Это была очень варварская операция, когда вы, по сути, брали изогнутую проволоку и протыкали ею мозг”, — сказал Шварц. “Это вызвало сильную травму мозга, и это была неконтролируемая, слепая операция”.
Но концепция, лежащая в основе операции – остановить распространение припадка, оставив при этом как можно большую часть мозга нетронутой, – имела свои достоинства. Идея Шварца заключалась в модернизации процедуры путем замены проволоки на более точный и управляемый инструмент. После предварительного изучения этой идеи в качестве ординатора нейрохирургии Шварц обратился к Крису Шафферу, профессору биомедицинской инженерии и соавтору исследования, который разрабатывает в своей лаборатории сверхточные лазерные скальпели и методы визуализации. Они встретились на конференции в Корнелле и начали обсуждать, как они могли бы работать вместе.
“У нас была идея, что если бы мы смогли создать правильный скальпель, мы могли бы возродить эту идею 1970-х годов и, возможно, создать ее таким образом, чтобы она нашла применение в нейрохирургическом сообществе”, — сказал Шаффер. “Именно это побудило нас попробовать использовать этот фемтосекундный лазерный скальпель”.
Разработка и тестирование лазерного скальпеля
Лаборатория Шаффера использует высокочастотные инфракрасные лазерные импульсы фемтосекундной длительности для создания разрезов внутри биологического образца, не затрагивая вышележащие ткани. Фемтосекунда — это одна квадриллионная доля секунды. Этот метод имеет решающее значение для воздействия на нужный слой коры головного мозга, чтобы остановить судороги, сохранив при этом кровеносные сосуды на поверхности мозга.
Система была оптимизирована для получения разрезов толщиной около 55 микрон, которые можно было бы вводить в мозг на глубину до 1 миллиметра — именно такая глубина необходима для лечения пациентов, не являющихся людьми, участвующими в исследовании.
Когда пришло время тестировать лазер, Шаффер нанял одного из своих тогдашних докторантов, Либермана, который случайно познакомился со Шварцем, когда хирург выступал в средней школе Либермана в Коннектикуте несколькими годами ранее.
“Доктор Шварц пробудил во мне первоначальный интерес к неврологии и нейрохирургии во время той лекции в старших классах”, — сказал Либерман. “Когда я узнал, что он был нейрохирургом, участвовавшим в этом проекте, это событие укрепило мою приверженность”.
Лазерный скальпель использовался для проведения операций на мышах с эпилепсией, за которыми затем наблюдали в течение 3-12 месяцев. По словам Либермана, результаты были “невероятно многообещающими”. У большинства испытуемых частота приступов снизилась на 87%. Что касается тех немногих припадков, которые все еще происходили, то 95% из них были заблокированы от распространения на остальную часть мозга.
Что касается рисков, связанных с процедурой, то операция вызвала незначительное, временное снижение кортикального кровотока. Однако при воздействии на область мозга, контролирующую движение, лазерные надрезы не привели к существенному снижению двигательной активности испытуемых, что указывает на то, что процедура не оказала заметного влияния на структуру или функции мозга.
“Результаты оказались лучше, чем мы надеялись”, — сказал Шварц. “Если бы кто-то был заинтересован в создании метода лечения эпилепсии с использованием этих принципов, я думаю, мы показали, что это был бы очень эффективный метод”.
Взгляд на операционную
Один из остающихся вопросов заключается в том, как перенести этот подход в операционную, где лазер должен будет воздействовать на гораздо более крупный и сложный мозг, например, собак и людей. Исследователи надеются усовершенствовать лазерный скальпель, который позволит увеличить проникновение света на большую глубину, проходить по складкам мозга, не повреждая окружающие ткани, и лучше определять очаг припадка.
“Для этого потребовался бы механизм обратной связи, который мог бы смотреть на мозг, видеть, где находятся поверхностные кровеносные сосуды, и делать разрезы роботизированно, не повреждая их”, — сказал Шварц. “Это было бы нелегко сделать, но все это технические проблемы, которые потенциально могут быть решены”.
Либерман представляет себе наиболее перспективное применение в ветеринарии и говорит, что снижение частоты судорог у собак даже на 50% будет считаться успешным результатом. В конечном счете, его цель — обеспечить лечение собак и людей.
“Волнение, которое я испытал, когда впервые увидел припадок, локализованный только в области фокуса нашего исследования, было неописуемым”, — сказал Либерман. “Это дало мне надежду на то, что мы сможем облегчить страх и тревогу, связанные с припадками. Это изменило бы жизнь пациентов – как людей, так и животных – и их семей”.
Многие врачи и ученые Weill Cornell Medicine поддерживают отношения и сотрудничают с внешними организациями для содействия научным инновациям и предоставления экспертных рекомендаций. Учреждение публикует эти данные для обеспечения прозрачности. Эту информацию смотрите в профиле доктора Теодора Шварца.
Источник: Сил Кацапир — заместитель директора по маркетингу и коммуникациям Cornell Engineering
