Un grupo de investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha desarrollado una nueva técnica que emplea el ultrasonido en lugar de electricidad para la estimulación cerebral profunda. Esta tecnología emplea una fibra extremadamente delgada, comparable al grosor de un cabello humano, para administrar la estimulación. En estudios con ratones, se ha demostrado que este método puede inducir la liberación de dopamina en regiones del cerebro frecuentemente afectadas en pacientes con párkinson.
"Este dispositivo es más delgado que una fibra capilar, por lo que el daño tisular será insignificante y nos resulta fácil navegar por este dispositivo en las profundidades del cerebro"
"Mediante el uso de la ultrasonografía, podemos crear una nueva forma de estimular las neuronas para que se activen en las profundidades del cerebro", explica Canan Dagdeviren, profesor asociado en el MIT Media Lab y autor principal del nuevo estudio. "Este dispositivo es más delgado que una fibra capilar, por lo que el daño tisular será insignificante y nos resulta fácil navegar por este dispositivo en las profundidades del cerebro", añade.
Esta nueva técnica no solo promete ser una opción más segura para la estimulación cerebral profunda, sino que también podría convertirse en una herramienta “valiosa” para la investigación neurológica. El estudio, liderado por el estudiante graduado, Jason Hou y el doctor postdoctorado, Osman Goni Nayeem, con la colaboración del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT, la Universidad de Boston y Caltech, ha sido publicado en la revista Nature Communications.
UN DISPOSITIVO CAPAZ DE PENETRAR EL CEREBRO
Anteriormente, el laboratorio de Dagdeviren ya había desarrollado otros dispositivos de ultrasonido portátiles para administrar medicamentos y realizar diagnósticos por imágenes en diversos órganos. Pero no ha sido suficiente. Tal y como comunican en el MIT, la ecografía convencional no puede penetrar profundamente en el cerebro desde dispositivos externos debido a la interferencia del cráneo. Por ello, la solución fue diseñar un dispositivo implantable que pudiera superar estas limitaciones.
“Si queremos profundizar en el cerebro, entonces ya no puede ser simplemente portátil o acoplable. Tiene que ser implantable”, asiente Dagdeviren. "Personalizamos cuidadosamente el dispositivo para que sea mínimamente invasivo y evite los vasos sanguíneos importantes en las profundidades del cerebro", continúa.
El equipo del MIT se propuso superar estos inconvenientes reemplazando la estimulación eléctrica con ultrasonido, aprovechando la respuesta de las neuronas a la estimulación mecánica
El procedimiento de estimulación cerebral profunda aprobado por la FDA para tratar el párkinson utiliza electrodos que, una vez implantados, sufren corrosión y son rodeados por tejido cicatricial, interfiriendo con los impulsos eléctricos. El equipo del MIT se propuso superar estos inconvenientes reemplazando la estimulación eléctrica con ultrasonido, aprovechando la respuesta de las neuronas a la estimulación mecánica.
Se trata de una fibra fina hecha de un polímero flexible, con un transductor de ultrasonido en su punta que genera ondas ultrasónicas cuando es impulsado por un pequeño voltaje eléctrico. Estas ondas pueden ser detectadas por las células cercanas sin causar daño tisular significativo. En pruebas con ratones, este dispositivo, denominado ImPULS, ha mostrado eficacia en la estimulación de neuronas en el hipocampo y la sustancia negra, induciendo la producción de dopamina.
“La estimulación cerebral ha sido uno de los métodos más eficaces, aunque menos comprendidos, utilizados para restaurar la salud del cerebro. ImPULS nos brinda la capacidad de estimular las células cerebrales con una resolución espacio-temporal exquisita y de una manera que no produce el tipo de daño o inflamación como otros métodos. Ver su efectividad en áreas como el hipocampo nos abrió una forma completamente nueva de administrar estimulación precisa a circuitos específicos en el cerebro”, asevera Steve Ramírez, profesor asistente de psicología y ciencias cerebrales en la Universidad de Boston.
FORMADO POR COMPONENTES BIOCOMPATIBLES
Los componentes del dispositivo son biocompatibles, incluyendo una capa piezoeléctrica hecha de niobato de sodio y potasio. Aunque la versión actual del dispositivo requiere una fuente de energía externa, los investigadores planean desarrollar versiones futuras con baterías implantables y unidades electrónicas, incrementando su practicidad y usabilidad.
El equipo ha creado un proceso de microfabricación que permite ajustar fácilmente la longitud, grosor y frecuencia de las ondas sonoras del dispositivo, lo que podría permitir su personalización para distintas regiones del cerebro. Dagdeviren subraya que, aunque los efectos pueden variar según la región cerebral, la tecnología es escalable y adaptable para eventual uso en humanos.
Con vistas a futuro, los investigadores planean evaluar el impacto de la estimulación ultrasónica en diferentes regiones del cerebro y la durabilidad de los dispositivos implantados a largo plazo. También están explorando la posibilidad de incorporar canales de microfluidos para combinar la administración de fármacos con ultrasonidos, ampliando las aplicaciones del dispositivo.