En la atención médica se utilizan habitualmente ondas sonoras en frecuencias superiores al umbral de la audición humana.
También conocidas como ultrasonido, estas ondas sonoras pueden ayudar a los médicos a diagnosticar y controlar enfermedades, y también pueden brindar los primeros vistazos a los nuevos miembros de su familia.
Y ahora, los pacientes con enfermedades que van desde el cáncer hasta enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer pronto podrán beneficiarse de los recientes avances en esta tecnología.
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Soy un ingeniero biomédico que estudia cómo el ultrasonido enfocado (la concentración de energía sonora en un volumen específico) se puede ajustar para tratar diversas afecciones.
En los últimos años, esta tecnología ha experimentado un crecimiento y uso significativos en la clínica. Y los investigadores continúan descubriendo nuevas formas de utilizar el ultrasonido enfocado para tratar enfermedades.
Una breve historia de la ecografía focalizada.
El ultrasonido se genera con una sonda que contiene un material que convierte la corriente eléctrica en vibraciones y viceversa. A medida que las ondas de ultrasonido pasan por el cuerpo, se reflejan en los límites de los diferentes tipos de tejido. La sonda detecta estos reflejos y los convierte nuevamente en señales eléctricas que las computadoras pueden usar para crear imágenes de esos tejidos.
Hace más de 80 años, los científicos descubrieron que enfocar estas ondas ultrasónicas en un volumen del tamaño de un grano de arroz puede calentar y destruir el tejido cerebral. Este efecto es análogo a concentrar la luz solar con una lupa para encender una hoja seca.
Los primeros investigadores comenzaron a probar cómo la ecografía focalizada podía tratar los trastornos neurológicos, el dolor e incluso el cáncer.
Sin embargo, a pesar de estos primeros hallazgos, hubo obstáculos técnicos que impidieron la aplicación de la ecografía focalizada en la clínica. Por ejemplo, debido a que el cráneo absorbe energía ultrasónica, resultó difícil enviar rayos de enfoque con energía suficientemente alta para alcanzar el tejido cerebral dañado.
Los investigadores finalmente superaron este problema integrando grandes conjuntos de transductores de ultrasonido (las sondas que convierten señales eléctricas y vibraciones) con información basada en imágenes sobre la forma y densidad del cráneo. Este cambio permitió a los investigadores ajustar mejor los rayos a sus objetivos.
Sólo después de que los científicos lograron avances clave en la tecnología de imágenes y la física acústica en los últimos años, la promesa del ultrasonido se está haciendo realidad en la clínica. Se han completado o están en curso cientos de ensayos clínicos destinados a tratar docenas de afecciones.
Los investigadores han encontrado un éxito notable en una condición llamada temblor esencial, que conduce a temblores incontrolados, generalmente de las manos. Actualmente se realizan de forma rutinaria tratamientos con ultrasonido focalizado 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 al cerebro, estimular las respuestas inmunes contra el cáncer y tratar enfermedades raras del sistema nervioso central.
Entregando drogas al cerebro
La barrera hematoencefálica es la exquisita solución de la evolución para mantener las sustancias nocivas alejadas de este órgano tan crítico. La barrera hematoencefálica está compuesta por células muy estrechamente conectadas que recubren el interior de los vasos sanguíneos.
Solo permite que ciertos tipos de moléculas ingresen al cerebro, protegiendo contra patógenos y toxinas. Sin embargo, la barrera hematoencefálica es problemática cuando se trata de tratar enfermedades porque impide que las terapias alcancen el objetivo previsto.
Hace más de 20 años, estudios pioneros determinaron que enviar pulsos de ultrasonido enfocado de baja intensidad podría abrir temporalmente la barrera hematoencefálica al hacer que las microburbujas en los vasos sanguíneos oscilen.
Esta oscilación empuja y tira de las paredes de los vasos circundantes, abriendo brevemente pequeños poros que permiten que los medicamentos del torrente sanguíneo penetren en el cerebro. Lo más importante es que la barrera hematoencefálica se abre sólo donde se aplica el ultrasonido enfocado.
frameborder=”0″ enablefullscreen=”allowfullscreen”>Después de muchos años de probar la seguridad de esta técnica y mejorar el control de la energía del ultrasonido, los investigadores han desarrollado varios dispositivos que utilizan ultrasonido enfocado para abrir la barrera hematoencefálica para el tratamiento.
Se están realizando ensayos clínicos que prueban la capacidad de estos dispositivos para administrar medicamentos al cerebro para tratar afecciones como el glioblastoma, las metástasis cerebrales y la enfermedad de Alzheimer.
Paralelamente, se han producido importantes avances en el desarrollo de terapias genéticas para numerosas enfermedades cerebrales. La terapia génica implica reparar o reemplazar material genético defectuoso para tratar una enfermedad específica.
Aplicar la terapia génica al cerebro es especialmente desafiante porque dichas terapias normalmente no cruzan la barrera hematoencefálica.
Los estudios en animales han demostrado que el uso de ultrasonido enfocado para abrir la barrera hematoencefálica puede facilitar la administración de terapias genéticas a sus objetivos previstos en el cerebro, abriendo puertas para probar esta técnica en personas.
Estimular las respuestas inmunes contra el cáncer.
La inmunoterapia contra el cáncer instruye al propio sistema inmunológico del paciente a combatir la enfermedad. Sin embargo, muchos pacientes (especialmente aquellos que padecen cáncer de mama, cáncer de páncreas y glioblastoma) tienen tumores inmunológicamente “fríos”, lo que significa que no responden a las inmunoterapias tradicionales.
Los investigadores han descubierto que el ultrasonido enfocado puede destruir tumores sólidos de manera que permitan al sistema inmunológico reconocer y destruir mejor las células cancerosas.
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Una forma en que el ultrasonido enfocado logra esto es convirtiendo los tumores en desechos que luego literalmente fluyen hacia los ganglios linfáticos. Una vez que las células inmunitarias de los ganglios linfáticos encuentran estos desechos, pueden iniciar una respuesta inmunitaria específicamente contra el cáncer.
Inspirada por estos avances, la Universidad de Virginia puso en marcha el primer centro de inmunooncología por ultrasonido enfocado del mundo en 2022 para apoyar la investigación en esta área e impulsar los enfoques más prometedores en la clínica.
Por ejemplo, mis colegas están llevando a cabo un ensayo clínico en el centro para probar el uso de ultrasonido enfocado e inmunoterapia para tratar a pacientes con melanoma avanzado.
Tratamiento de enfermedades raras con ultrasonido focalizado
La investigación sobre ultrasonido enfocado se ha centrado principalmente en las enfermedades más devastadoras y prevalentes, como el cáncer y la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, creo que mayores avances y un mayor uso de la ecografía focalizada en la clínica acabarán beneficiando a los pacientes con enfermedades raras.
Una enfermedad rara de particular interés para mi laboratorio es la malformación cavernosa cerebral o CCM. Las CCM son lesiones en el cerebro que ocurren cuando las células que forman los vasos sanguíneos experimentan un crecimiento descontrolado. Si bien es poco común, cuando estas lesiones crecen y sangran, pueden causar síntomas neurológicos debilitantes.
El tratamiento más común para la CCM es la extirpación quirúrgica de las lesiones cerebrales; sin embargo, algunos CCM 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 adversos graves.
Descubrimos que el uso de ultrasonido enfocado para abrir la barrera hematoencefálica puede mejorar la administración de medicamentos a los CCM. Además, también observamos que el tratamiento con ultrasonido enfocado en sí mismo podría detener el crecimiento de las CCM en ratones, incluso sin administrar un medicamento.
Si bien todavía no entendemos cómo el ultrasonido enfocado estabiliza las CCM, abundantes investigaciones sobre la seguridad del uso de esta técnica en pacientes tratados por otras afecciones han permitido a los neurocirujanos comenzar a diseñar ensayos clínicos que prueben el uso de esta técnica en personas con CCM.
Con más investigaciones y avances, tengo la esperanza de que la ecografía focalizada pueda convertirse en una opción de tratamiento viable para muchas enfermedades raras devastadoras.
Richard J. Price, profesor de ingeniería biomédica, Universidad de Virginia
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.