Dispositivo permite tratamientos cerebrales de ultrasonido no invasivos y seguros

Los enfoques actuales en las terapias basadas en ultrasonido para el cerebro están enfocando las ondas de ultrasonido para alcanzar su objetivo específico en el cerebro. Pero esto ha resultado difícil, ya que el ultrasonido tiende a rebotar dentro del cráneo, lo que lleva a que algunas áreas del cerebro estén sobreexpuestas mientras que otras no están lo suficientemente expuestas. Ahora, un equipo de ingenieros ha desarrollado un dispositivo que es un primer paso para habilitar terapias no invasivas basadas en ultrasonido para el cerebro.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego (La Jolla, CA, EUA) desarrollaron el dispositivo intentando un enfoque diferente: difundir ondas de ultrasonido en lugar de enfocarlas. Lo lograron colocando un difusor a microescala en el transductor que produce las ondas de ultrasonido. El dispositivo está construido en base al difusor Schroeder, el mejor difusor de sonido que pueden proporcionar los modelos matemáticos. El difusor está construido con pequeños hoyos que modulan cómo se emiten las ondas de ultrasonido. En concreto, el difusor garantiza que las ondas se emitan de forma escalonada, lo que ayuda a evitar la creación de ecos. Las profundidades de los hoyos se calculan con el modelo de difusor de Schroeder. Esta es la misma matemática que se usa para diseñar salas de conciertos para que todos los miembros de la audiencia puedan escuchar música perfectamente.

Las ondas de ultrasonido se aplican a células que han sido diseñadas para responder mejor a los estímulos de ultrasonido. Las células se exponen a un adenovirus que hace que formen un canal de iones llamado TRPA1 que es sensible al ultrasonido. Los investigadores demostraron que el dispositivo funcionó según lo previsto primero en una placa de Petri con células de riñón embrionario humano y células neuronales. Las células mostraron una activación dos veces mayor en el canal TRPA1 con el difusor que sin él. Además, los investigadores utilizaron el difusor con un generador de ondas de ultrasonido en ratones. Descubrieron que el difusor crea un campo acústico uniforme en la cavidad del cráneo, lo que garantiza que solo se estimulen las regiones del cerebro diseñadas para ser sensibles al ultrasonido. Los próximos pasos incluyen una mejor comprensión de la forma en que las ondas de ultrasonido estimulan las células y la realización de estudios in vivo más amplios.

"No podemos modificar el interior del cráneo", dijo el autor principal, el profesor James Friend, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California en San Diego. “Lo único que pudimos hacer fue cambiar el funcionamiento del dispositivo que produce el sonido. Al usar un enfoque específico para esta entrega, podemos usar ultrasonido distribuido uniformemente en lugar de ultrasonido enfocado”.

“La idea detrás de la sonogenética es diseñar células para que respondan mejor a los estímulos de ultrasonido”, dijo Aditya Vasan, estudiante de doctorado en el laboratorio de Friend y primer autor del artículo. “Hacemos esto mediante la detección de proteínas que responden a la estimulación de ultrasonido a presiones y frecuencias específicas; y mediante la ingeniería genética de regiones cerebrales específicas para expresar estas proteínas".

“Uno de los objetivos de la sonogenética es controlar qué células responden: piense en ello como una perilla que controla las luces sobre las que tiene un control preciso”, agregó Vasan. “En última instancia, queremos demostrar que la sonogenética funciona en las personas”.

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Universidad de California San Diego