Hologramas acústicos en 3D para tratar enfermedades como el alzhéimer o el párkinson

Las enfermedades del sistema nervioso provocaron un total de 27.508 fallecimientos durante 2020 en nuestro país, según datosdel INE. Dentro de esta categoría, encontramos patologías tan conocidas como el alzhéimer, el párkinson, la esquizofrenia o la esclerosis múltiple.

Mediante una nueva tecnología, un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Columbia (EE UU) ha creado hologramas acústicos impresos en 3D para mejorar el tratamiento de este tipo de enfermedades.

La técnica permite atravesar, por primera vez, la barrera hematoencefálica en ambos hemisferios simultáneamente. Dicha barrera es un sistema de protección que controla y restringe la entrada de sustancias extrañas entre la circulación sanguínea y el fluido cerebral. Con el control de esta, se facilita la administración de fármacos terapéuticos para combatir patologías que afectan al sistema nervioso central.

Según explica Francisco Camarena, investigador del Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M), los ultrasonidos focalizados permiten tratar enfermedades neurológicas gracias a su capacidad para generar efectos terapéuticos de forma precisa y no invasiva.

"Sin embargo, aplicarlos sobre las estructuras del sistema nervioso central es complicado. Esto se debe a los efectos de aberración y atenuación de los huesos del cráneo y la compleja y extensa distribución espacial de las estructuras profundas del cerebro", apunta Camarena.

Los hologramas acústicos suponen una mejora respecto a los tratamientos previos con ultrasonidos y pueden corregir esas aberraciones introducidas por el cráneo. "El haz de ultrasonidos se focaliza y adapta de manera bilateral y muy precisa sobre partes del cerebro de gran interés terapéutico, como, por ejemplo, los dos núcleos que componen el hipocampo, relacionado con la enfermedad de Alzheimer, y que tiene una caprichosa forma en tres dimensiones", añade Noé Jiménez, investigador Juan de la Cierva de la UPV.

Holograma acústico en 3D. / UPV

¿Cómo funciona?

El emisor de ultrasonidos es como un altavoz que vibra a 500.000 oscilaciones por segundo (uno convencional puede llegar a 250/s). El holograma se coloca frente al emisor y es atravesado por la onda. Al mismo tiempo, se sitúa un cono lleno de agua en contacto con el cráneo, a través del cual se propaga la onda antes de llegar al paciente. Seguidamente, la onda atraviesa el cráneo, focalizando finalmente en la zona cerebral de interés terapéutico.

Paralelamente, en el torrente sanguíneo se introducen unas microburbujas –agentes de contraste– que, cuando llegan a los capilares del cerebro y coinciden con el ultrasonido, comienzan a vibrar. La piel de la barrera hematoencefálica empieza a ceder y es entonces cuando se abren ‘pequeñas grietas’ por donde pasan las moléculas de los fármacos para el tratamiento de la patología que afecta al sistema nervioso central.

Funcionamiento de los hologramas 3D. / UPV

Hologramas personalizados y de bajo coste

El holograma, personalizado para cada caso, se crea con una impresora 3D. "Pongamos que el médico necesita sonificar la amígdala de un paciente. Para ello, nos facilitaría un TAC y una resonancia magnética, sobre la que identificaría y segmentaría la zona de tratamiento. Con esta información, diseñamos el holograma que necesitamos para conseguir la sonificaciónde la región en cuestión", explica Sergio Jiménez, de la UPV.

Jiménez destaca también el bajo coste de los hologramas, que oscilaría entre los 40 y los 300 euros según la aplicación médica.

En la actualidad, el equipo de investigadores de la UPV, el CSIC y la Universidad de Columbia trabaja en la comprobación de esta nueva tecnología en macacos. Asimismo, están diseñando los primeros protocolos para la experimentación en humanos con el objetivo de tratar tumores cerebrales y elaborar estudios de neuroestimulación cerebral.

Referencia:

S. Jiménez-Gambín, N. Jiménez, A. N. Pouliopoulos, J. M. Benlloch, E. E. Konofagou and F. Camarena, "Acoustic Holograms for Bilateral Blood-Brain Barrier Opening in a Mouse Model," in IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 69, no. 4, pp. 1359-1368, April 2022, doi: 10.1109/TBME.2021.3115553.