Ultrasonido pulsado de baja intensidad es útil para enfermedades cerebrales

El descubrimiento de que el ultrasonido pulsado de baja intensidad puede ser usado para estimular de forma no invasiva circuitos cerebrales intactos es una promesa para la ingeniería de los dispositivos médicos de respuesta rápida. Los investigadores que hicieron ese descubrimiento ahora han producido un artículo a profundidad detallando este método, el cual un día podrá llevar a terapias de primera línea para combatir los ataques epilépticos potencialmente mortales.

El estado epiléptico es una condición en la cual el cerebro está en un estado de crisis persistente y el cual, si no se detiene, puede llevar a muerte súbita inexplicada en la epilepsia (SUDEP). Pero, como revelaron, en el artículo reciente, el Dr. William Tyler, un profesor asistente del Instituto de Investigación Virginia Tech Carilion (Roanoke, EUA) y colegas, la neuro modulación ultrasónica no necesariamente debe estar enfocada para atenuar los ataques epilépticos, lo que significa que puede ser aplicada rápidamente en situaciones de cuidado neuro crítico. “Imagine un dispositivo como un desfibrilador automático externo excepto para el cerebro”, dijo el primer autor Dr. Yusuf Tufail, quien ahora es un asociado de post grado del Instituto de Ciencias Biológicas Salk.

Publicados en la edición de Septiembre de 2011 de la revista Nature Protocols, los hallazgos del estudio suministran una guía para el desarrollo futuro y aplicación clínica de la neuro modulación ultrasónica. Los autores Drs. Yusuf Tufail, Anna Yoshihiro, y Monica M. Li de la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad Estatal de Arizona (Tempe, EUA; http://sols.asu.edu); Instituto Neurológico Sandipan Pati de Barrow en el Centro Médico y el Hospital St. Joseph (Phoenix, AZ, EUA) y el autor corresponsal, Dr. Tyler también publicaron su investigación inicial sobre la factibilidad de este método en la revista Neuron en 2010.

Tyler y su investigación han gastado varios años desarrollando métodos no invasivos para la estimulación cerebral empleando ultrasonido de baja frecuencia (LILFU), de baja intensidad. “Mucho de nuestro tiempo se había gastado en entender los efectos biológicos de la LILFU en los circuitos cerebrales intactos y cómo controlar la actividad neural usando LILFU”, dijo el Dr. Tyler.

El equipo ha observado que los bio-efectos mecánicos del ultrasonido son realmente capaces de estimular la actividad neuronal, lo que significa que el ultrasonido puede unir otras terapias para enfermedades neurológicas a saber, electrodos implantados, como aquellos usados en la estimulación cerebral profunda, y estimuladores magnéticos extensos usados para la estimulación magnética transcraneal para tratar trastornos como la enfermedad de Parkinson, depresión mayor, y distonía. La mayor ventaja de usar ultrasonido para la estimulación cerebral es que puede conferir resolución espacial a la precisión de milímetro mientras que es enfocada a través del cráneo hasta regiones cerebrales profundas sin la necesidad de cirugía cerebral invasiva, reportó el Dr. Tyler.

“Además hemos demostrado que el ultrasonido puede usarse para estimular la transmisión sináptica entre grupos de neuronas dentro del cerebro de una manera similar a los electrodos estimulantes implantados convencionales sin generar calentamiento significativo del tejido cerebral”, declaró el Dr. Tyler.

“Se requieren estudios adicionales para elucidar totalmente los muchos mecanismos potenciales subyacentes a la capacidad del ultrasonido para estimular la actividad neuronal en el cerebro intacto”, declaró el artículo. Sin embargo, a pesar de que usar el ultrasonido para la estimulación cerebral representa una herramienta nueva poderosa para la neurociencia clínica, hay problemas potenciales, puesto que el ultrasonido de intensidad alta también es capaz de destruir tejidos biológicos, escribieron los investigadores.

El artículo reporta que el ultrasonido ha sido usado durante muchas horas por varias semanas, “estimulando los circuitos celulares en el cerebro vivo sin producir daño en ratones como se evaluó con métodos celulares, histológicos, ultra estructurales, y de comportamiento”. Los investigadores añadieron una nota de advertencia: “Se requieren investigaciones adicionales en especies animales y niveles de dosis, sin embargo, ante de poder determinar la seguridad completamente”.

Llevar esta tecnología adelante requerirá de científicos, ingenieros, y médicos abarcando muchas disciplinas. La motivación para el artículo, según los autores, es diseminar métodos básicos para realizar neuro modulación ultrasónica. “Hay una necesidad importante para una mayor comunicación abierta entre los ingenieros diseñando dispositivos médicos basados en ultrasonido, neuro-científicos estudiando efectos biológicos centrales del ultrasonido, y médicos implementando el ultrasonido para intervenciones terapéuticas”, declaró el Dr. Tyler.

El estudio plantea preguntas específicas que necesitan ser resueltas, como cuánto el ultrasonido afecta las neuronas a nivel molecular y celular, cómo corregir los desajustes de la impedancia entre la piel y las interfaces del cráneo, y la necesidad de caracterizar la seguridad para varios tiempos de exposición diferentes, y los estados de la enfermedad.

La investigación suministra una demostración atractiva de que la neuro-modulación ultrasónica es capaz de atenuar la actividad convulsiva durante el estado epiléptico inducido farmacológicamente en ratas de laboratorio. “Mientras que otros grupos de investigación han reportado que el ultrasonido enfocado puede modular la actividad convulsiva en el cerebro, los métodos usados en esos estudios anteriores requieren preparaciones oportunas y la implementación de la RM para enfocar el ultrasonido en un métodos conocido como ultrasonido enfocado guiado por resonancia magnética”, concluyó el Dr. Tyler. “Nuestros hallazgos muestran que los médicos pueden no necesitar usar métodos complicados, costosos, y demorados para tratar a los pacientes en situaciones críticas”.

Enlaces relacionados:

Virginia Tech Carilion Research Institute

Arizona State University’s School of Life Sciences

Barrow Neurological Institute at St. Joseph’s Hospital and Medical Center