CN115671582B - 用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪及其应用，所述脉冲超声仪用于以0.8‑1.2MHZ的频率输出165‑185mW/cm²的声强，所述脉冲超声仪不包括电刺激系统。出人意料的，本发明的超声仪具有特定的声强范围，即使不加入电刺激，也能够有效的减轻大脑炎症，为预防和治疗大脑炎症提供了一种新的思路。

Description

用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪及其应用

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪及其应用。

背景技术

正常的炎症反应是对侵入的微生物或包括免疫系统细胞的组织损伤的必要局部宿主反应。炎症反应使得身体可以特异性识别和消除侵入的生物体和/或修复组织损伤。炎症的典型体征包括发红(红斑)、肿胀(水肿)、疼痛和损伤部位上产热增加(血碳(质)正常(pyrema))。炎症部位上的许多急性改变直接或间接归因于对这种反应而言固有的白细胞(例如中性白细胞、嗜酸性细胞、淋巴细胞、单核细胞)大量流入。组织中的白细胞浸润和蓄积导致其活化且随后释放炎症介体，诸如：例如LTB4、前列腺素、TNF-α、IL-1β、IL-8、IL-5、IL-6、组胺、蛋白酶和活性氧簇。

现有的治疗大脑炎症的方法主要是通过药物的方式，但是通过医疗器械对炎症进行治疗也有一些文献进行报道。例如，中国专利申请CN113873983A公开了一种用于治疗炎症、自身免疫性疾病、类风湿性关节炎等的组合的超声刺激和电刺激的系统和方法。非侵入式超声刺激可以施加至脾、关节、肢体或经历具有局部肿胀的疼痛的区域，并且电刺激可以以适当定时的模式施加至面部、颈部或其他身体区域以进入外周神经、迷走神经、三叉神经或其他神经，以驱动治疗作用。可以基于期望的临床作用或治疗来优化刺激定时或延迟定时。可以以协调方式刺激多个目标以更好地模仿自然生理学。可穿戴超声相控阵列设备可以用于使波束形式的能量以脾为目标，同时还具有成像能力以跟踪脾的运动来维持目标区域的局部刺激。然而，上述文献报道的方案需要同时使用超声刺激和电刺激，限制了其应用。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪及其应用。具体而言，为了实现本发明的目的，本发明拟采用如下的技术方案：

本发明涉及一种用于减轻大脑炎症的低强度脉冲超声仪，其特征在于，所述脉冲超声仪用于以0.8-1.2MHZ的频率输出165-185mW/cm²的声强，所述脉冲超声仪不包括电刺激系统。

在本发明的一个优选实施方式中，所述脉冲超声仪用于将超声刺激的焦点定位于受试者的海马脑区。

本发明另一方面还涉及上述脉冲超声仪的应用，所述脉冲超声仪用于减轻或预防受试者的大脑炎症。

在本发明的一个优选实施方式中，所述脉冲超声仪用于将超声刺激的焦点定位于受试者的海马脑区。

在本发明的一个优选实施方式中，所述脉冲超声仪对受试者左右两侧大脑交替进行刺激，每侧2-3min，每次总共刺激12-18min，每天刺激3-5次。

有益效果

出人意料的，本发明的超声仪具有特定的声强范围，即使不加入电刺激，也能够有效的减轻大脑炎症，为预防和治疗大脑炎症提供了一种新的思路。

附图说明

图1为超声照射小鼠海马实物照片；

图2为炎症因子肿瘤坏死因子-α和白介素-1β的mRNA表达水平；

图3为炎症因子肿瘤坏死因子-α和白介素-1β的蛋白表达水平；

图4为Morris水迷宫检测实验动物的神经认知功能实验结果。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例中所涉及的试剂均为市售产品，均可以通过商业渠道购买获得。

实施例1：

1. 构建大脑神经炎症模型：3月龄成年小鼠，腹腔注射2mg/kg脂多糖（LPS），构建大脑神经炎症状态。

2. 动物体位准备：小鼠麻醉后，耳棒固定于小动物脑立体定位仪。在立体定位仪的辅助下，将低强度脉冲超声的焦点定位于小鼠海马脑区（定位方法：根据Lambda点确定探头中心点位置，距Bregma (±1.40mm, -1.94mm)，如图1所示。

3. 经颅超声刺激：在小动物LPS给予前1天、 LPS给予前4h、给予后4h和给予后1天分别给予一次低强度脉冲超声刺激，累计4次，每次15min。

（1）刺激模式：左右两侧大脑交替进行刺激，每侧刺激2.5min后交替对侧进行刺激，总共刺激15min；

（2）刺激参数：结合既往研究，根据超声效应的特征，选取了以下参数FF=1 MHZ，N=100，PRF=1kHz，SD=500ms，NTB=300，DC=5%；通过调节输出功率，得到了三个不同等级的声强45mW/cm²、177mW/cm²、398mW/cm²；经过初期测试发现，45mW/cm²的声强过小，并不能引起明确的生物学效应，而398mW/cm²的声强过大，在短时间内能产生明显的热效应，可能对组织产生潜在的损伤作用，因此I_SPTA=177mW/cm²可能是合适的声强。

4. 抗炎效果的实验评价：雄性成年小鼠15只，随机分为对照组（CON）、神经炎症组（LPS）及超声干预组（LPS+US），各组5只。LPS干预后24h，取海马组织，利用RT-qPCR检测海马组织炎性因子白介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）在mRNA表达的水平，利用ELISA检测IL-1β和TNF-α蛋白的含量，实验结果如图2和图3所示。

图2的实验结果显示：超声干预能降低小鼠海马肿瘤坏死因子-α和白介素-1β的mRNA表达水平。如图所示，给予LPS后，神经炎症组较对照组肿瘤坏死因子-α和白介素-1β的mRNA显著升高，而超声干预后，两者mRNA表达水平较神经炎症组明显降低。

图3的实验结果显示：超声干预能显著降低小鼠海马肿瘤坏死因子-α和白介素-1β蛋白表达水平。如图所示，给予LPS后，神经炎症组海马肿瘤坏死因子-α和白介素-1β蛋白表达水平较对照组显著升高，超声干预后，超声干预组肿瘤坏死因子-α和白介素-1β蛋白表达水平较神经炎症组两蛋白水平显著降低。

实施例2：

为了进一步验证该方法改善炎症后的脑认知保护效应，利用水迷宫的方法检测动物的空间学习记忆能力。

Morris水迷宫测试仪由圆形加热温控水迷宫池和摄像系统组成。水迷宫池平均分为东南、东北、西南、西北四个扇形象限，各象限池壁中点为实验起始点。在西南象限正中，放置平台，没于水面下2cm。水迷宫池周围挂有不同图案的遮光帘且保持不变，为小鼠提供空间参照线索，以定位平台。水迷宫池及平台均为黑色，以达到隐藏平台的目的。测试期间，保持水温恒定、室内环境安静、光照稳定。采用小动物行为活动记录分析系统采集并分析小鼠在水迷宫中的活动情况。

各组实验动物接受连续4天的定位航行实验，每天训练4次（8：30am开始）。训练开始时，将小鼠随机从4个实验起始点（东南、东北、西南、西北）面向池壁放入水池，小鼠将在水池内游泳直到找到隐藏在水面下的平台为止，如果小鼠在60s内未找到平台，则实验者帮助其找到平台（潜伏期记为60s），之后允许大鼠在平台上休息15s，两次训练间隔30s，通过自动摄像及活动记录系统记录小鼠找到平台的游泳时间（逃避潜伏期），取4次成绩的平均值反映小鼠当日的学习记忆能力。

Morris水迷宫检测实验动物的神经认知功能。啮齿类动物在水中探寻并找到水下平台，是学习的过程，也是学习后记忆的体现。Day1-4为学习期，逃避潜伏期不断缩短，提示学习后的熟练程度提升；Day5接受LPS炎性刺激，动物于Day6出现潜伏期显著延长，提示LPS导致学习记忆能力受损；而使用超声照射的动物其潜伏期未出现显著延长，提示超声的抗炎、学习记忆保护效应。

结果如图4所示，实验结果表明：超声干预组动物海马脑区接受超声刺激后，较LPS组动物，其找到水面以下的平台所需的时间（逃避潜伏期）显著降低，提示该方法抗炎效果得到进一步的验证。

以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (1)

1.脉冲超声仪在制备减轻或预防受试者大脑神经炎症的医疗器械中的应用，其特征在于，所述脉冲超声仪用于以0.8-1.2MHZ的频率输出165-185mW/cm²的声强，所述脉冲超声仪不包括电刺激系统。