Las ondas sonoras en frecuencias superiores al umbral de escucha humana se utilizan habitualmente en la atención médica. También conocidas como ultrasonido, estas ondas sonoras pueden ayudar a los médicos a diagnosticar y supervisar la enfermedad y también pueden proporcionar una primera visión de los últimos miembros de su familia.
Y ahora, los pacientes con enfermedades desde cáncer hasta enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer pronto podrán aprovechar los avances recientes en esta tecnología.
Soy un ingeniero biomédico que estudia cómo el ultrasonido enfocado (concentración de energía sonora en un volumen particular) se puede perfeccionar para tratar diferentes afecciones. Durante los últimos años, esta tecnología ha experimentado un importante crecimiento y uso en la clínica. Y los investigadores todavía revelan nuevas formas de utilizar el ultrasonido enfocado para tratar enfermedades.
Una breve historia de la ecografía focalizada.
El ultrasonido es generado por una sonda que contiene material que convierte la electricidad en vibración y viceversa. A medida que las ondas ultrasónicas atraviesan el cuerpo, reflejan los límites de los diferentes tipos de tejidos. La sonda revela estos reflejos y los convierte nuevamente en señales eléctricas que las computadoras pueden usar para crear imágenes de estos tejidos.
Hace más de 80 años, los científicos descubrieron que enfocar estas ondas de ultrasonido en un volumen de arroz del tamaño de un grano puede calentar y destruir el cerebro. Este efecto es análogo a concentrar la luz solar golpeando para iluminar una hoja seca. Los primeros investigadores han comenzado a realizar pruebas con el fin de enfocar los ultrasonidos y podrían tratar trastornos neurológicos, dolores e incluso cáncer.
La resonancia magnética del paciente se trata para los temblores esenciales mediante un ultrasonido enfocado, con la parte objetivo del cerebro circula en rojo. JMarchn / Vikimedia Commons, CC Bi-SA
Sin embargo, a pesar de estos primeros hallazgos, persistió una barrera técnica en la forma de aplicación de la ecografía focalizada en la clínica. Por ejemplo, debido a que el cráneo absorbe energía ultrasónica, es difícil enviar haces de enfoque con suficiente energía para alcanzar el tejido cerebral dañado. Los investigadores finalmente exageraron este problema al integrar grandes secuencias de convertidores ultrasónicos (sondas que convierten entre señales eléctricas y vibraciones) con información basada en formas de imágenes y elementos visuales. Este cambio permitió a los investigadores adaptar mejor los haces a sus objetivos.
Sólo después de que en los últimos años los científicos hayan logrado ahorrar en tecnología de disparo y física acústica para hacer realidad la promesa de la ecografía en la clínica. Se han completado o están en marcha cientos de ensayos clínicos destinados a tratar docenas de afecciones. Los investigadores encontraron un éxito significativo en una condición llamada temblor esencial, que conduce a temblores incontrolados, generalmente de las manos. Actualmente se realizan de forma rutinaria tratamientos ultrasónicos enfocados para el temblor esencial en muchos lugares del mundo.
Creo que algunas de las aplicaciones más interesantes del ultrasonido enfocado incluyen mejorar la administración de medicamentos en el cerebro, fomentar respuestas inmunes contra el cáncer y tratar enfermedades raras del sistema nervioso central.
Entregando cerebro de drogas
La barrera barra-cerebro es una excelente solución evolutiva para almacenar sustancias nocivas lejos de estos órganos más críticos. La barrera en la sangre está formada por células muy bien relacionadas que recubrirán el interior de los vasos sanguíneos. Permite que solo ciertos tipos de moléculas ingresen al cerebro, protege contra patógenos y toxinas. Sin embargo, la barrera sanguínea es problemática cuando se trata del tratamiento de la enfermedad, porque bloquea las terapias para alcanzar su objetivo.
Hace más de 20 años, estudios pioneros descubrieron que pueden abrir temporalmente la barrera ultrasónica del ultrasonido, haciendo que las microburbujas en los vasos sanguíneos oscilen. Esta oscilación empuja y tira de las paredes circundantes del vaso, abre brevemente pequeños poros que permiten que los medicamentos en el torrente sanguíneo penetren en el cerebro. Lo más importante es que las barreras sanguíneas se abren sólo cuando se aplica el ultrasonido focalizado.
El ultrasonido enfocado puede permitir que los medicamentos lleguen a áreas específicas del cerebro.
Después de muchos años de probar esta técnica y mejorar el control ultrasónico, los investigadores han desarrollado varios dispositivos que son dirigidos por ultrasonido para abrir la barrera sanguínea para el tratamiento. Se están realizando ensayos clínicos que prueban la capacidad de estos dispositivos para administrar medicamentos en el cerebro para tratar afecciones como el glioblastoma, las metástasis y la enfermedad de Alzheimer.
Paralelamente, se han producido importantes avances en el desarrollo de terapias genéticas para numerosas enfermedades cerebrales. La terapia génica incluye la fijación o sustitución de materiales genéticos defectuosos para tratar una enfermedad concreta. La aplicación de la terapia génica cerebral es especialmente desafiante porque este tipo de terapias generalmente no cruzan la barrera sanguínea.
Los estudios en animales han demostrado que el uso de ultrasonido enfocado para abrir una barrera sanguínea puede facilitar la administración de terapias genéticas para sus propósitos en el cerebro, abriendo la puerta para probar esta técnica.
Estimular las respuestas inmunes contra el cáncer.
La inmunoterapia del cáncer se refiere al sistema inmunológico del paciente para combatir la enfermedad. Sin embargo, muchos pacientes, especialmente aquellos afectados por cáncer de mama, cáncer de páncreas y gliiblastoma, padecen un "resfriado" inmunológico tumoral, lo que significa que no responden a la inmunoterapia tradicional.
Los investigadores descubrieron que un ultrasonido enfocado puede destruir tumores sólidos de manera que permitan al sistema inmunológico reconocer y destruir mejor las células cancerosas. Una forma de ultrasonido enfocado es convertir los tumores en desechos que luego literalmente corren hacia los ganglios linfáticos. Una vez que las células inmunes en los ganglios linfáticos se encuentran con estos desechos, les puede gustar especialmente la respuesta inmune, especialmente contra el cáncer.
Inspirada por este avance, la Universidad de Virginia puso en marcha en 2022 el primer centro de inmunooncología con ultrasonido enfocado para apoyar la investigación en esta área e impulsó el enfoque más prometedor a la clínica. Por ejemplo, mis colegas dirigen exámenes clínicos en el centro para probar el uso de ultrasonido enfocado e inmunoterapia para tratar pacientes con melanoma avanzado.
Tratamiento de enfermedades raras con ultrasonido focalizado
La investigación de la ecografía focalizada, sobre todo, se centró en las enfermedades más curiosas y prevalentes, como el cáncer y el Alzheimer. Sin embargo, creo que un mayor desarrollo de la ultrasonografía y un mayor uso de la ecografía focalizada en la clínica acabarán llegando a pacientes con enfermedades raras.
Una enfermedad de especial interés en mi laboratorio es la malformación de la caverna cerebral o CCM. Los CCMS son lesiones en el cerebro que ocurren cuando las células que producen vasos sanguíneos experimentan un crecimiento descontrolado. Si bien es poco común, cuando estas lesiones crecen y sangran, pueden causar deterioro de los síntomas neurológicos. El tratamiento más común para la CCM es la extirpación quirúrgica de las lesiones cerebrales; Sin embargo, algunos CCMS están ubicados en áreas del cerebro de difícil acceso, lo que genera un riesgo de efectos secundarios. La radiación es otra opción de tratamiento, pero también puede provocar efectos nocivos graves.
Hemos descubierto que el uso de ultrasonido enfocado para abrir una barrera sanguínea puede mejorar la administración de medicamentos en CCMS. Además, notamos que el ultrasonido enfocado podría detener el crecimiento de CCM en ratones, incluso sin administrar medicamentos. Si bien todavía no entendemos cómo el ultrasonido focalizado estabiliza el CCMS, abundan los estudios sobre el uso de esta técnica en pacientes que han sido tratados por otras afecciones que los neurohirositos comienzan a diseñar ensayos clínicos probando el uso de esta técnica con el CCM.
Con más investigación y mejoras, espero que el ultrasonido focalizado pueda convertirse en una opción de procesamiento sostenible para muchas enfermedades.
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