Un equipo de Hong Kong informa sobre estimulación cerebral con ultrasonido y nanoestructuras en ratones

Un equipo de investigación de la Universidad Politécnica de Hong Kong combinó ultrasonido de baja intensidad con nanoestructuras huecas de sílice diseñadas (diminutas partículas huecas) para estimular regiones cerebrales específicas en ratones, según un informe de Phys.org. El estudio, titulado “Sono-mechanical nanostructures-enabled sustained precise ultrasound brain stimulation”, se publicó en Nature Communications. Lei Sun, profesor del Departamento de Ingeniería Biomédica y Tecnología Deportiva y director del Centro de Investigación para la Interfaz Cerebro-Computadora No Invasiva de la universidad, dirigió el equipo, informó Phys.org.

La enfermedad de Parkinson se asocia principalmente con la pérdida gradual de células nerviosas productoras de dopamina (la dopamina es un mensajero químico del cerebro) y afecta los sistemas cerebrales que controlan el movimiento, y a menudo causa temblor, rigidez, lentitud y problemas de equilibrio, según el informe. El tratamiento actual suele depender de medicamentos como la levodopa, que pueden mejorar los síntomas, especialmente en etapas más tempranas, pero cuyo beneficio puede volverse menos constante con el tiempo, señaló el informe. Para algunos pacientes, la estimulación cerebral profunda (DBS, por sus siglas en inglés) ofrece otra opción, pero implica cirugía para colocar electrodos en lo profundo del cerebro, según el informe.

El ultrasonido transcraneal convencional (administrado a través del cráneo) penetra profundamente y puede administrarse de forma no invasiva, pero su resolución espacial suele limitarse a escalas milimétricas o centimétricas, lo que dificulta la activación selectiva de grupos pequeños de neuronas, informó Phys.org. Enfoques anteriores asistidos por nanopartículas o nanoburbujas mejoraron la localización, pero su inestabilidad en tejido vivo limitó su utilidad para aplicaciones a largo plazo, según el informe. Las nanoestructuras huecas de sílice utilizadas por el equipo de Sun persistieron en el cerebro de los ratones durante más de nueve semanas y siguieron respondiendo al ultrasonido, según el informe.

Esa persistencia permitió la estimulación repetida de regiones cerebrales específicas, incluidas la corteza motora, el estriado, el área tegmental ventral y el núcleo subtalámico, sin modificación genética y sin administración repetida en el cerebro, según el informe. La estimulación por ultrasonido del núcleo subtalámico dirigido por las nanoestructuras aumentó la señalización de dopamina, lo que, según el informe, sugería que el enfoque activaba vías afectadas en la enfermedad de Parkinson. Los ratones tratados también mostraron una mejor preservación de las neuronas relacionadas con la dopamina, y se observaron beneficios similares en un segundo modelo de Parkinson, según el informe.

Phys.org describió la investigación como una prueba de concepto para la neuromodulación crónica, localizada y mínimamente invasiva (cambiar la actividad de las células nerviosas) mediante ultrasonido y nanoestructuras huecas de sílice. El informe señaló que el método podría lograr algunos efectos similares a los de la DBS sin electrodos implantados. También indicó que el trabajo aborda un desafío central en la traducción de este tipo de enfoques. Los resultados reportados fueron en ratones; el informe no describió pruebas en humanos.