Research

功能性超音波成像導引漩渦式聲鉗於血栓溶解

使用漩渦式聲鉗增加局部區域溶栓藥物濃度並加速溶栓速度，並使用功能性超音波成像導引漩渦式聲鉗於血栓溶解。研究過程將使用超音波漩渦式聲鉗搭配裝載溶栓藥劑的微氣泡(tPA微氣泡)，在被血栓阻塞的血管中捕捉並聚集tPA微氣泡增加區域內的藥物濃度，並結合平面波超快速成像技術，在漩渦式聲鉗累積tPA微氣泡的同時進行監控確認微氣泡的位置以及濃度，接著利用釋藥探頭發射低頻聲波誘發tPA微氣泡產生穴蝕效應，讓tPA藥物被釋放在血栓區域，並運用超音波漩渦式聲鉗所造成的微流來增加溶栓效率以達成快速且安全的溶栓目的。由於超音波漩渦式聲鉗會在治療的同時在血栓內產生剪切波，因此可以利用這些剪切波產生血栓內部的彈性影像來得出軟硬程度的分布，藉此來達到治療效果即時監測的目的。

負載抗憂鬱藥物之微氣泡結合超音波強化腦部藥物遞送

許多研究已證實聚焦式超音波與微氣泡可達成非侵入式且局部性開啟血腦屏障，大幅提升藥物遞送至腦部的效率。因此，本研究為運用新式光聲影像導引並結合聚焦式超音波與微氣泡進行腦部抗憂鬱藥物遞送之治療策略，主要利用微氣泡和超音波相互作用的物理機制-穴蝕效應，產生穴蝕效應的同時增加血腦屏障通透性並瞬間將微氣泡負載的抗憂鬱藥-艾司西酞普蘭(Escitalopram)遞送入腦組織，治療憂鬱症，而此藥物遞送的過程將可透過光聲影像導引與監控，從影像推估藥物遞送量。

負載壓電特性二硫化鉬之微氣泡結合聚焦式超音波於抑制癲癇發作

負載二硫化鉬壓電奈米層片(MoS2 nanosheets, MoS2 NSs)微氣泡結合聚焦式超音波進行腦部神經調控之策略，主要利用聚焦式超音波將MoS2 NSs靶向遞送至目標腦區，達成非侵入性、局部釋放、深層腦區刺激，以達成神經調控之目的。未來將應用至其他神經退化性疾病治療，或做為探索腦神經科學的新工具。

負載抗癲癇藥物之奈米液滴結合聚焦式超音波應用於癲癇治療

先前已有奈米液滴之再縮合作用之研究，其可調控奈米液滴內核產生部分汽化，在瞬間生成氣泡後又重新冷凝回液滴型態，這種能重複汽化－縮合的現象稱為再縮合作用，能有效減緩奈米液滴汽化產生的組織血管損傷，同時保有局部顯影並釋放藥物的能力。因此，為克服目前癲癇治療的限制，本研究欲開發乘載異丙酚之奈米液滴，以聚焦式超音波調控異丙酚奈米液滴之再縮合作用，進行特定腦區的局部藥物釋放，在避免腦部組織損傷的前提下，達到非侵入性、局部且深層抑制腦神經不正常放電之效果，進而治療癲癇。將量測異丙酚奈米液滴之物理、載藥、聲學等特性，以特徵訊號評估再縮合作用所需之超音波參數，以高速相機觀察再縮合作用的藥物釋放行為與細胞生物效應。為了監測癲癇治療過程，本計畫將建立穿顱超音波成像與治療系統，可經由穿顱超音波影像輔助治療前的定位，於治療期間同步收取再縮合作用產生之特徵訊號進行成像，達到診斷與治療並進的精準治療。

帶氧微氣泡結合漩渦式聲鉗改善腫瘤微環境

改善腫瘤血管的型態及功能，可以使腫瘤運送氧氣或是藥物的能力提升，能多方面的去提升腫瘤治療效果，並誘發後續抗腫瘤免疫細胞的活化。本研究以超音波對比劑微氣泡攜帶氧氣，從改善腫瘤微環境的氧合作用途徑，降低腫瘤缺氧問題，抑制過度表現的血管新生，進而誘發腫瘤血管正常化。由於腫瘤血管分布不均且缺乏運輸功能，為了使足夠多的帶氧微氣泡能在腫瘤位置被聚集並釋放氧氣，本研究使用出漩渦式聲鉗的技術，以陣列式探頭發射出類似龍捲風結構的超音波聲場，利用龍捲風於中心處的位能梯度差，形成向中心捕捉的作用力，來捕捉並操控帶氧微氣泡。此外，為了活體應用之安全性考量，本研究將漩渦式聲鉗結合超快速平面波成像技術，監控帶氧微氣泡的療程，建立一套以帶氧微氣泡治療為基礎的精準超音波診斷治療平台。本計畫期望利用漩渦式聲鉗可在生物體內操控帶氧微氣泡的優勢，彌補腫瘤血管運輸效率低下的缺陷，於腫瘤位置累積帶氧微氣泡，局部釋放氧氣以緩解腫瘤缺氧問題，進而誘發腫瘤血管正常化、抗腫瘤免疫活化、抑制腫瘤轉移等，以帶氧微氣泡改善腫瘤微環境，未來可望進行臨床試驗並實際運用於腫瘤治療中。

超音波遺傳學誘發之多巴胺神經修復於帕金森氏症動物模型研究

帕金森氏症為腦部神經退化性疾病，其致病機轉為腦部黑質中的多巴胺神經日益退化，使患者出現失智及運動障礙等症狀。有許多研究團隊已從小動物與大動物實驗證實光遺傳學與深層腦部電刺激技術可促進神經再生，但這些方法需將光纖或電極植入至特定腦區，屬侵入性療法且有腦損傷之風險。因此，本研究提出透過超音波遺傳學技術以非侵入性、穿顱的方式，刺激多巴胺神經再生，最終改善帕金森氏症之症狀。實驗程序將分為兩階段：(1)設計一負載超音波敏感基因(Prestin plasmid)之微氣泡基因載體，利用微氣泡和超音波互相作用的物理機制穴蝕效應，將超音波敏感基因轉殖至帕金森氏鼠之多巴胺神經，進行非侵入式的活體基因轉殖；(2)使用低頻超音波重複刺激已成功轉殖超音波敏感蛋白之多巴胺神經，誘發神經滋養因子分泌，使已退化之多巴胺神經重新修復甚至再生，最終改善帕金森氏症之症狀。未來將應用至其他神經退化性疾病治療，或是做為探索腦神經科學的新工具。