Research press release

【健康科学】疾患の非侵襲的治療への超音波の使用

Nature Communications

Health sciences: Ultrasound used noninvasively to treat diseases

齧歯類モデルを使った2つの研究で、超音波を用いた非侵襲的な神経活動の調節、および炎症性関節炎と高血糖症の治療が実証されたことを報告する2編の論文が、今週掲載される。これらの論文では、こうした薬理学的手法以外の手法が将来、炎症性疾患や代謝疾患の治療に使用できる可能性が示唆されている。

神経を刺激する手法は、さまざまな疾患(炎症、糖尿病、消化管疾患など)の治療に使用できる。しかし現行の手法は、埋め込み型電極を必要とし、刺激できるのは大きな神経や皮膚の表面近くの神経に限定されている。

今回Daniel Zachsたちは、マウスの脾臓に非侵襲超音波を毎日照射し、炎症性関節炎の重篤度が低下したことを明らかにしている。またZachsたちは、この治療法によってB細胞とT細胞の集団に変化が生じたことと、B細胞とT細胞を持たないマウスではこの治療法の有効性が低下したことも明らかにした。

一方、Chris Puleo、Vicky Coteroたちのラットモデルとマウスモデルを使った研究では、脾臓に対して超音波を非侵襲的に照射したところ、細菌内毒素に対する炎症反応が低下した。この低下の度合いは、埋め込み型電極装置で迷走神経を刺激する方法(VNS)による低下の度合いに匹敵するものだった。肝臓に超音波を照射する実験では、血糖値の調節に関係する経路が調節され、細菌内毒素への曝露による高血糖(血糖値が高過ぎる状態)を抑制する効果がVNSと同等なことが判明した。またPuleoたちは、超音波を照射した肝臓における応答が、肝臓の中でもグルコース感覚性ニューロンを含むことが知られた特定の部位に照射したときにのみ生じることを見いだした。

これら2編の論文は、神経調節による治療が可能な疾患については、超音波刺激を埋め込み型装置の代わりに使用できる可能性があることを示唆している。ただし、今後さらなる研究が必要であり、現在、関節リウマチ患者に対する超音波の非侵襲的照射の使用を検討するための臨床試験が実施されている。

The noninvasive use of ultrasound to modulate nerve activity and treat inflammatory arthritis and hyperglycaemia in rodent models is demonstrated in two studies this week. The papers, published in Nature Communications, suggest that this non-pharmacological approach could be used to treat inflammatory and metabolic disorders in the future.

Nerve stimulation can be used to treat a range of diseases, including inflammation, diabetes, and gastrointestinal disorders. However, current approaches require the use of implanted electrodes and are limited to stimulating large nerves or those close to the surface of the skin.

Daniel Zachs and colleagues show that daily application of noninvasive ultrasound to the spleen of mice reduced the severity of inflammatory arthritis. They also show that the treatment resulted in changes in B and T white blood cell populations, and that the efficacy of the treatment was reduced in animals lacking these cells.

In a separate study using rat and mouse models, Chris Puleo, Vicky Cotero and colleagues applied ultrasound noninvasively to the spleen and reduced the inflammatory response to bacterial endotoxins. The reduction in inflammation was found to be similar to levels that result from using implant-based vagus nerve stimulation (VNS). When targeting the liver with ultrasound, they found this modulated pathways involved in regulating blood glucose levels and was as effective as VNS in supressing hyperglycaemia (when blood glucose levels are too high) in response to endotoxin exposure. They also found that the response in the liver only occurred when specific locations in the organ known to contain glucose-sensory neurons were targeted.

These papers suggest that ultrasound stimulation has the potential to replace implantable devices for conditions that are amenable to treatment via neuromodulation. However, further studies are required, and a clinical trial is under way to explore the use of noninvasive ultrasound for patients with rheumatoid arthritis.

doi: 10.1038/s41467-019-08750-9

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