Si usted es padre, entonces probablemente haya visto primero a su hijo a través de un procedimiento de ultrasonido, la tecnología que utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para ver el tejido blando. Es innegablemente uno de los Herramientas de imágenes más populares. Pero sus usos ahora se extienden mucho más allá del cuidado prenatal.
Uno de los mejores ejemplos es el ultrasonido enfocado de baja intensidad, o LIFU, que ofrece sonido a intensidades energéticas más bajas que la ultrasonido tradicional. Está surgiendo rápidamente como un enfoque seguro, de bajo costo y no invasivo para una variedad de tratamientos. Los investigadores están más entusiasmados con tres usos prometedores para LIFU que se están estudiando actualmente: obtener drogas más allá de la barrera hematoencefálica, mejorar el tratamiento para algunos tipos de cáncer y abordar ciertas afecciones psiquiátricas.
Científico americano habló con Elisa Konofagouun ingeniero biomédico en la Universidad de Columbia, sobre Investigación actual prometedora y la dirección en que se dirige el campo. Konofagou diseña tecnologías basadas en ultrasonido para un mejor procesamiento de imágenes y señales, y también se especializa en medir cambios en los tejidos que han sido sometidos a ultrasonido terapéutico. Con frecuencia colabora con los médicos para realizar investigaciones clínicas y traducir las tecnologías que desarrolla en su laboratorio a entornos del mundo real.
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[An edited transcript of the interview follows.]
¿Cuándo comenzaron a los científicos a darse cuenta de que el ultrasonido enfocado de baja intensidad tenía potencial para una gama más amplia de aplicaciones de salud?
Hay un artículo en ciencias de 1923 donde los científicos usaron ondas de ultrasonido enfocadas para destruir bacterias y glóbulos rojos en ranas. Entonces sabían que estaba sucediendo algo con ultrasonido y tejidos biológicos. En la década de 1930, habían comenzado a tratar de tratar los nervios con ultrasonido terapéutico, y en la década de 1950, el cerebro.
¿Qué te atrajo al campo y te hizo querer dedicar tu carrera a estudiar esto?
El hecho de que no sea completamente invasivo y el hecho de que realmente pueda centrarlo en una región del tamaño de un milímetro. Es casi como la ciencia ficción para mí, porque generalmente si quieres tratar en algún lugar en lo profundo del cuerpo, tendrás que realizar una cirugía. En este caso, puede entrar en una región muy pequeña en un órgano sin cirugía. Esto incluye el cerebro. Es un poco difícil de comprender, pero LiFu pasa por el cráneo.
Su laboratorio está estudiando cómo se puede usar LIFU para obtener drogas más allá de la barrera hematoencefálica. ¿Puedes contarme más sobre ese trabajo?
Parte de nuestro trabajo se centra en abrir temporalmente la barrera hematoencefálica, una estructura que es casi como un filtro en el cerebro y no permite que las moléculas de fármacos pasen. Nos estamos asociando con compañías farmacéuticas que tienen productos que no son tan eficaces como se espera que sean porque son detenidos por la barrera hematoencefálica. Tenemos estas pequeñas micro burbujas que inyectamos en el torrente sanguíneo. Están diseñados para resonar en las frecuencias de ultrasonido. Los usamos en combinación con LIFU para contratar mecánicamente los vasos sanguíneos en la barrera hematoencefálica. Esto relaja los vasos para que las drogas puedan pasar.
Estamos tratando de aplicar este método para el tratamiento de Alzheimer, por ejemplo. Otros han abierto la barrera hematoencefálica para permitir un anticuerpo que tiene como objetivo reducir el amiloide beta, las placas que se forman en el cerebro de las personas con la enfermedad, con el objetivo de aumentar tanto la dosis del anticuerpo como el volumen del cerebro que recibe tratamiento. Se descubrió que el volumen de amiloide beta se reduce con el volumen de apertura y, por lo tanto, se recibió la dosis del anticuerpo. Pero incluso sin un tratamiento con anticuerpos, nuestro grupo descubrió que abrir la barrera hematoencefálica con ultrasonido enfocado solo induce una respuesta inmune intrínseca en el cerebro que reduce el amiloide y el tau. Por lo tanto, hay múltiples vías para aprovechar el ultrasonido para el Alzheimer que vale la pena investigar más.
¿He oído que un enfoque similar también se puede utilizar para tratamientos de cáncer más específicos?
Sí, ese también es un aspecto muy interesante de cómo puedes usar LIFU. Muy similar a la forma en que los medicamentos para Alzheimer, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas no penetran en el cerebro en una dosis terapéutica suficiente, los medicamentos contra el cáncer no pueden alcanzar adecuadamente los tumores en el cerebro.
Nuestro grupo fue el primero, por ejemplo, en aplicar LIFU para abrir la barrera hematoencefálica y entregar medicamentos para el tratamiento de gliomas pontinos intrínsecos difusos, un tipo raro de tumor cerebral que es 100 por ciento letal en un año en pacientes pediátricos. Tratamos a seis pacientes de entre seis y 17 años en un estudio de seguridad que pronto se publicará.
Los pacientes fueron inicialmente debilitados debido a la aparición del tumor en el área de sus cerebros responsables de la movilidad. Aunque no pudimos demostrar el control del tumor, pudimos demostrar que los pacientes exhibieron una mayor facilidad y comodidad con el movimiento inmediatamente después del tratamiento. Esto es importante, porque mejora la calidad de vida de estos pacientes. Son capaces de alimentarse, jugar en su iPad y abrazar a sus familiares. Comenzamos un segundo estudio el próximo mes de emparejamiento de LIFU con un medicamento genérico para determinar si esta combinación da como resultado un mejor control del tumor.
¿Estás familiarizado con gran parte del trabajo psiquiátrico que está sucediendo con Lifu?
¡Sí, las aplicaciones psiquiátricas se parecen aún más a la ciencia ficción! Solo tienes un ultrasonido que llega al cerebro, por lo que no hay burbujas, sin drogas, solo suena en sí mismo. La ecografía activa neuronas y otros tipos de células cerebrales, como la microglia y los astrocitos, que básicamente están allí para mantener el cerebro sano. Las células responden a estas ondas mecánicas, y su conectividad cambia. En términos muy laicos, el ultrasonido vuelve a cablear el cerebro temporalmente. Se necesita más investigación sobre cómo funciona esto, pero creemos que el reencuentro ayuda a estimular o inhibir los circuitos cerebrales, que se sabe que tienen efectos beneficiosos en el tratamiento de tales afecciones.
Algunos trastornos psiquiátricos parecen responder a esto. El trastorno obsesivo compulsivo es el que más conocemos que responde más. Algunas personas también son mirando trastornos de ansiedad por Centrando el ultrasonido en la amígdala. .
También hemos visto que, al abrir la barrera hematoencefálica, puede estimular el cerebro en sí y tener lo que se llama consecuencias neuromoduladoras. Estamos viendo esto para tratar la depresión y la sensación de dolor. Nuestro laboratorio también está buscando el uso de LIFU para tratar el dolor mediante estimulación nerviosa periférica fuera del cerebro y la médula espinal. En lugar de tratar el cerebro, trata la región del nervio que causa la sensación de dolor. Trabajando con neurocirujanos en Columbia, hemos demostrado que LIFU puede aliviar el dolor en los pacientes con síndrome del túnel carpiano durante unos días. También estamos trabajando con personas con neuropatía y tumores nerviosos.
Además del hecho de que esta tecnología no es invasiva, ¿cuáles son algunas de las otras ventajas para los pacientes?
Es muy portátil. Esto significa que podemos llevar el tratamiento al paciente, en lugar de llevar al paciente al tratamiento. Esta es una gran ventaja, especialmente para los pacientes de edad avanzada y para aquellos con Alzheimer. Ser portátil también significa que es mucho menos costoso, porque no tiene que tener técnicos que lo mantengan.
En su opinión, ¿cuáles son los mayores desafíos para avanzar en el campo?
El mayor desafío es convencer a la FDA de que Lifu es seguro y luego hacer que los profesionales lo usen más fácilmente. La buena noticia es que el ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU) ha sido aprobado y recibido reembolso en los EE. UU. Para tratar el cáncer de próstata y los temblores esenciales. [HIFU uses higher energy levels to destroy targeted tissue, like tumor cells.] Lifu simplemente estimula el tejido, por lo que es más seguro que Hifu, lo que ablata el tejido. Pero es más nuevo, por lo que necesitamos hacer que la FDA lo abrazara.
¿Dónde espera que el campo avance con Lifu?
En el futuro, creo que los hospitales tendrán una suite de ultrasonido terapéutico donde puede obtener tratamiento para cualquier aplicación que necesite, ya sea facilitando y aumentando una dosis de drogas en el área objetivo, o tratar el estado de ánimo y los trastornos psiquiátricos.