Creen hologrames acústics impresos en 3D per al tractament de malalties del sistema nerviós central

Un equip del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), la Universitat Politècnica de València (UPV) i la Universitat de Columbia (EUA), ha creat i provat en un model animal hologrames acústics impresos en 3D per a millorar el tractament de malalties com l'alzhèimer o el pàrkinson, entre altres. El seu treball ha sigut portada de la revista IEEE Transactions on Biomedical Engineering.

Els hologrames ideats per l'equip d'investigadors del CSIC i la UPV permeten obrir de manera selectiva, eficient i molt focalitzada la barrera hematoencefàlica, facilitant l'administració de fàrmacs terapèutics per al tractament de patologies que afecten el sistema nerviós central.

Segons explica Francisco Camarena, investigador de l'Institut d'Instrumentació per a Imatge Molecular (I3M), centre mixt del CSIC i la UPV, els ultrasons focalitzats tenen un gran potencial per al tractament de malalties neurològiques, gràcies a la seua capacitat per a generar efectes terapèutics de manera precisa i no invasiva. “No obstant això, aplicar-los sobre les estructures del sistema nerviós central és complicat a causa de dos grans inconvenients: els efectes d'aberració i atenuació dels ossos del crani i la complexa i extensa distribució espacial de les estructures profundes del cervell”, apunta Camarena.

Els hologrames acústics ideats pels investigadors de la UPV i el CSIC permeten una obertura de la barrera hematoencefàlica més controlada que la que s'aconsegueix fent ús dels ultrasons exclusivament i, cosa que és més important, poden corregir aqueixes aberracions introduïdes pel crani. Al mateix temps, poden generar un feix d'ultrasons multifocal en estructures cerebrals d'especial rellevància.

“Gràcies als nostres hologrames, el feix d'ultrasons es focalitza i adapta de manera bilateral i molt precisa sobre parts del cervell de gran interés terapèutic, com, per exemple, sobre els dos nuclis que componen l'hipocamp, relacionat amb la malaltia d'Alzheimer, i que té una capritxosa forma en tres dimensions”, afig Noé Jiménez, investigador Juan de la Cierva de la UPV.

Es tracta de la primera vegada que s'aconsegueix l'obertura de la barrera hematoencefàlica de manera simultània en els dos hemisferis. A més, l'equip del CSIC, la UPV i la Universitat de Columbia l'ha aconseguit amb una resolució molt superior a l'estàndard, la qual cosa permet una millor localització de la zona a tractar, minimitzant el volum de teixit cerebral sa que seria sonificat i reduint al mateix temps el cost i temps d'intervenció.

Com funciona?

L'emissor d'ultrasons és com un altaveu que vibra a mig milió d'oscil·lacions per segon. L'holograma es col·loca enfront d'ell i és travessat per l'ona; al mateix temps, se situa un con ple d'aigua en contacte amb el crani, a través del qual es propaga l'ona abans d'arribar al pacient; seguidament, l'ona travessa el crani, focalitzant finalment en la zona cerebral d'interés terapèutic. D'altra banda, en el torrent sanguini s'introdueixen unes microbambolles (agents de contrast) que, quan arriben als capil·lars del cervell i coincideixen amb l'ultrasò, comencen a vibrar. El teixit epitelial de la barrera hematoencefàlica comença a cedir i és llavors quan s'obrin “xicotetes crides” per on passen les molècules dels fàrmacs per al tractament de la patologia que afecta el sistema nerviós central.

Hologrames personalitzats i de baix cost

L'holograma s'imprimeix, personalitzat per a cada cas, amb una impressora 3D. “Per exemple: posem que el metge necessita sonificar l'amígdala d'un pacient. Per a això, ens facilitaria un TAC i una ressonància magnètica del pacient, sobre la qual identificaria i segmentaria la zona de tractament. A partir d'aquesta informació, dissenyem l'holograma que necessitem per a aconseguir la sonificació de la regió d'interés”, explica Sergio Jiménez, doctor per la UPV i actualment contractat pel grup de Columbia, qui destaca també el baix cost dels hologrames, que oscil·laria entre els 40 i els 300 euros segons l'aplicació mèdica.

En l'actualitat, l'equip d'investigadors de la UPV, el CSIC i la Universitat de Columbia treballa en la comprovació d'aquesta nova tecnologia per a l'obertura de la barrera hematoencefàlica en macacos, i està dissenyant els primers protocols per a l'experimentació en humans, per al tractament de tumors cerebrals i per a dur a terme estudis de neuroestimulació cerebral.