Questi ologrammi consentono di aprire la barriera ematoencefalica in modo selettivo, efficiente e altamente mirato, facilitando la somministrazione di farmaci terapeutici
Un team dell’Universitat Politècnica de València (UPV), del Consiglio nazionale delle ricerche spagnolo (CSIC) e della Columbia University (USA) ha creato ologrammi acustici stampati in 3D e ne ha valutato il potenziale in modelli animali per migliorare il trattamento di malattie come l’Alzheimer e il Parkinson , tra gli altri. Il loro lavoro è stato sulla copertina della rivista IEEE Transactions on Biomedical Engineering.
Gli ologrammi progettati dal team di ricercatori di UPV e CSIC consentono l’apertura della barriera ematoencefalica in modo selettivo, efficiente e in modo altamente mirato, facilitando la somministrazione di farmaci terapeutici per il trattamento di patologie che colpiscono il sistema nervoso centrale.
Come spiegato da Francisco Camarena, ricercatore presso l’Institute of Instrumentation for Molecular Imaging, centro congiunto tra UPV e CSIC, gli ultrasuoni focalizzati hanno un grande potenziale per curare 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 di aberrazione e attenuazione del cranio e la complessa ed estesa distribuzione spaziale delle strutture profonde del cervello”, ha sottolineato Camarena.
Gli ologrammi acustici progettati dai ricercatori UPV e CSIC consentono un’apertura della barriera ematoencefalica più controllata rispetto a quella che si ottiene utilizzando esclusivamente gli ultrasuoni. Soprattutto, possono correggere le aberrazioni introdotte dal cranio. Allo stesso tempo, possono generare un raggio multifocale ultrasonico in strutture cerebrali particolarmente importanti.
“Grazie ai nostri ologrammi, il fascio ultrasonico si concentra e si adatta bilateralmente e in modo molto preciso su parti del cervello di grande interesse terapeutico, come, ad esempio, i due nuclei composti dall’ippocampo, legati al morbo di Alzheimer, e che ha una bizzarra forma tridimensionale”, ha aggiunto Noé Jiménez, ricercatore di Juan de la Cierva presso l’UPV.
È la prima volta che la barriera ematoencefalica viene aperta contemporaneamente nei due emisferi. Inoltre, il team UPV-CSIC-Columbia University ha raggiunto questo obiettivo con una risoluzione di gran lunga superiore allo standard. Ciò consente di localizzare meglio l’area da trattare, riducendo al minimo il volume di tessuto cerebrale sano che viene preso di mira dagli ultrasuoni e contemporaneamente riducendo i costi e il tempo operativo.
Come funziona?
Il trasduttore a ultrasuoni è come un altoparlante, ma vibra a mezzo milione di oscillazioni al secondo. L’ologramma è posto di fronte ad esso, ed è attraversato dall’onda. Allo stesso tempo, viene posto a contatto con il cranio un cono pieno d’acqua, attraverso il quale l’onda si propaga prima di raggiungere il cervello del paziente. Successivamente, l’onda passa attraverso il cervello, concentrandosi infine sull’area del cervello che è di interesse terapeutico. Inoltre, le microbolle vengono inserite nel flusso sanguigno. Quando le bolle raggiungono i capillari cerebrali e coincidono con gli ultrasuoni, iniziano a vibrare. Il tessuto epiteliale della barriera ematoencefalica inizia a cedere ed è allora che si aprono “piccole crepe”, attraverso le quali passano le molecole dei farmaci per curare la patologia che colpisce il sistema nervoso centrale.
Ologrammi personalizzati ed economici
L’ologramma viene stampato, e personalizzato per ogni caso, con una stampante 3D. “Ad esempio, supponiamo che il medico debba eseguire un’ecografia dell’amigdala del paziente. Per questo, ci fornirebbero una TAC e una risonanza magnetica della testa del paziente, su cui identificherebbero e segmenteranno l’area di trattamento. Basato su su queste informazioni, progettiamo l’ologramma di cui abbiamo bisogno per ottenere l’ecografia della regione di interesse”, ha spiegato Sergio Jiménez, medico dell’UPV e attualmente nello staff del gruppo della Columbia University, che ha anche notato il basso costo degli ologrammi, il cui il costo sarebbe compreso tra 40 e 300 euro, a seconda dell’applicazione medica.
Attualmente, il team di ricercatori dell’UPV, del CSIC e della Columbia University sta lavorando alla verifica di questa nuova tecnologia per l’apertura della barriera ematoencefalica nei primati non umani. Il team sta progettando i primi protocolli per la sperimentazione nell’uomo per curare i tumori cerebrali ed eseguire studi di neurostimolazione cerebrale.
