Ricerche

Questi ologrammi consentono di aprire la barriera emato-encefalica in modo selettivo, efficiente e altamente focalizzato, facilitando la somministrazione di farmaci terapeutici

Un team dell'Universitat Politècnica de València (UPV), dello Spanish National Research Council (CSIC) e della Columbia University (USA) ha creato ologrammi acustici stampati in 3D e ha valutato il loro potenziale nei modelli animali per migliorare il trattamento del morbo di Alzheimer (MA) e del Parkinson, tra le altre. Il loro lavoro è pubblicato su IEEE Transactions on Biomedical Engineering.

Gli ologrammi progettati dal team di ricercatori UPV e CSIC consentono l'apertura della barriera emato-encefalica in modo selettivo, efficiente e altamente focalizzata, facilitando la somministrazione di farmaci terapeutici per trattare le patologie che colpiscono il sistema nervoso centrale.

Come spiegato da Francisco Camarena, ricercatore del centro congiunto UPV-CSIC, gli ultrasuoni focalizzati hanno un grande potenziale per trattare le malattie neurologiche grazie alla loro capacità di generare effetti terapeutici in modo preciso e non invasivo:

"Tuttavia, applicarli alle strutture del sistema nervoso centrale è complicato, a causa di due ostacoli: gli effetti dell'aberrazione e dell'attenuazione del cranio e la complessa e ampia distribuzione spaziale delle strutture profonde del cervello".

Gli ologrammi acustici progettati dai ricercatori UPV e CSIC consentono un'apertura più controllata della barriera emato-encefalica rispetto a quella che si ottiene con l'uso esclusivo degli ultrasuoni. Ancora più importante, possono correggere le aberrazioni introdotte dal cranio. Allo stesso tempo, possono generare un raggio ultrasonico multi-focale in strutture cerebrali particolarmente importanti.

"Grazie ai nostri ologrammi, il raggio ad ultrasuoni si concentra e si adatta bilateralmente e in modo molto preciso su parti del cervello che sono di grande interesse terapeutico, come, ad esempio, i due nuclei composti dall'ippocampo, legati al MA, che hanno una forma tridimensionale stravagante", ha aggiunto Noé Jiménez, ricercatore dell'UPV.

È la prima volta che la barriera emato-encefalica viene aperta simultaneamente nei due emisferi. Inoltre, il team UPV-CSIC-Columbia University ha raggiunto questo risultato con una risoluzione di gran lunga superiore rispetto allo standard. Ciò consente di individuare meglio l'area, minimizzando il volume di tessuto cerebrale sano che è puntato dagli ultrasuoni, riducendo allo stesso tempo il costo e il tempo operativo.

Come funziona?

Il trasduttore ad ultrasuoni è come un altoparlante, ma vibra a mezzo milione di oscillazioni al secondo. L'ologramma è posto davanti a esso ed è attraversato dall'onda. Allo stesso tempo, a contatto con il cranio viene messo un cono pieno d'acqua, attraverso il quale si propaga l'onda prima di raggiungere il cervello del paziente.

Successivamente, l'onda passa attraverso il cervello, concentrandosi infine sull'area che è di interesse terapeutico. Inoltre, nel flusso sanguigno sono inserite delle microbolle che quando raggiungono i capillari del cervello e coincidono con gli ultrasuoni, iniziano a vibrare.

Il tessuto epiteliale della barriera emato-encefalica inizia a cedere e a questo punto si aprono "piccole crepe", attraverso le quali passano le molecole dei farmaci per trattare la patologia che colpisce il sistema nervoso centrale.

Ologrammi personalizzati e a basso costo

L'ologramma è stampato e personalizzato per ogni caso, con una stampante 3D.

"Ad esempio, supponiamo che il medico debba fare un'ecografia dell'amigdala del paziente. Per questo, ci dovrebbe fornire una scansione CAT e una risonanza magnetica della testa del paziente, su cui identifica e segmenta l'area di trattamento. Sulla base di questa informazione, progettiamo l'ologramma di cui abbiamo bisogno per portare l'ultrasuono nella regione interessata", ha spiegato il primo autore Sergio Jiménez, laureato dell'UPV e al momento alla Columbia University, che fa anche notare il basso costo degli ologrammi, che varia da 40 a 300 euro, a seconda dell'applicazione medica.

Attualmente, il team di ricercatori UPV-CSIC e Columbia University sta lavorando per verificare questa nuova tecnologia per l'apertura della barriera emato-encefalica nei primati non umani. Il team sta progettando i primi protocolli per la sperimentazione nell'uomo per trattare i tumori cerebrali ed eseguire studi di neurostimolazione cerebrale.