Los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford han desarrollado una forma no invasiva de administrar medicamentos a unos pocos milímetros de un punto deseado en el cerebro.
El método, probado en ratas, utiliza ultrasonido enfocado para sacudir las moléculas del fármaco sueltas de las "jaulas" de nanopartículas que se han inyectado en el torrente sanguíneo.
En un estudio de prueba de principio, los investigadores mostraron que se podían liberar cantidades farmacológicamente activas de un fármaco de acción rápida de estas jaulas en pequeñas áreas del cerebro de las ratas a las que apunta un haz de ultrasonido focalizado.trabajar de inmediato, reduciendo la actividad neuronal en el área objetivo, pero solo mientras el dispositivo de ultrasonido estaba activo y solo cuando la intensidad del ultrasonido excedía un cierto umbral. Al modificar la fuerza y la duración del haz, los investigadores pudieron ajustar la inhibición neuronal.
Si bien el medicamento utilizado en este estudio fue propofol, un anestésico comúnmente utilizado en cirugía, en principio el mismo enfoque podría funcionar para muchos medicamentos con acciones farmacológicas y aplicaciones psiquiátricas muy diferentes, e incluso para algunos medicamentos quimioterapéuticos utilizados para combatir el cáncer.
Al aumentar la intensidad del ultrasonido y controlar la actividad metabólica en todo el cerebro, los investigadores también pudieron observar los efectos secundarios del medicamento en regiones cerebrales distantes aguas abajo que reciben información del área objetivo, dijo Raag Airan, MD, PhD, profesor asistente de neurorradiología.de esta manera, los investigadores pudieron mapear de manera no invasiva las conexiones entre circuitos dispares en el cerebro vivo.
Un documento que describe los hallazgos del estudio se publicará en línea el 7 de noviembre en neurona . Airan es el autor principal. Jeffrey Wang, estudiante del programa MD-PhD, y el erudito postdoctoral Muna Aryal, PhD. Comparten la autoría principal.
Una tecnología similar conocida como optogenética, desarrollada por primera vez por Karl Deisseroth, MD, PhD, profesor de Stanford de bioingeniería y de psiquiatría y ciencias del comportamiento bajo el cual Airan completó su trabajo de doctorado hace una década, utiliza la entrega de genes invasivos para generar clases específicas de nervioscélulas vulnerables a la manipulación experimental precisa. El enfoque de Airan emplea métodos farmacológicos no invasivos para lograr un control similar de la actividad neuronal.
"Este importante trabajo establece que la liberación de fármacos por ultrasonidos parece tener la precisión necesaria para ajustar la actividad del cerebro a través de la aplicación dirigida de fármacos", dijo Deisseroth, que no participó en el estudio. "La nueva y poderosa técnica podría usarse para probarideas inspiradas optogenéticamente, derivadas inicialmente de estudios con roedores, en animales grandes, y quizás pronto en ensayos clínicos ".
'Somos optimistas'
La nueva tecnología no solo podría acelerar los avances en la investigación neurocientífica, sino también avanzar rápidamente a la práctica clínica, dijo Airan. "Si bien este estudio se realizó en ratas, cada componente de nuestro complejo de nanopartículas ha sido aprobado para el uso humano por lo menos en investigación por parte de Foody Drug Administration, y el ultrasonido focalizado se emplea comúnmente en procedimientos clínicos en Stanford ", dijo." Por lo tanto, somos optimistas sobre el potencial de traducción de este procedimiento ".
Inofensivo a las bajas intensidades utilizadas habitualmente para obtener imágenes de los tejidos corporales, el ultrasonido focalizado de alta intensidad está aprobado para la ablación o destrucción deliberada de ciertos tejidos, incluidas partes de una estructura cerebral central llamada tálamo para tratar la afección conocida como esencialtemblor.
Para el nuevo estudio, "bajamos los diales" en el dispositivo de ultrasonido, dijo Airan. La intensidad del ultrasonido utilizado en estos experimentos fue de aproximadamente 1/10 a 1/100 de la intensidad utilizada en los procedimientos de ablación clínica.El ultrasonido en estos experimentos se administró en una serie de pulsos cortos de staccato separados por períodos de descanso, dando al tejido cerebral objetivo suficiente tiempo para enfriarse entre pulsos. Las ratas expuestas en numerosas ocasiones al protocolo experimental no mostraron evidencia de daño tisular.
Las nanopartículas, que Airan ha estado perfeccionando durante varios años, son esferas biocompatibles, biodegradables, llenas de líquido con un promedio de 400 nanómetros aproximadamente 15 millonésimas de pulgada de diámetro. Sus superficies consisten en una matriz de copolímero en la cual el fármaco dela elección está encerrada. Aproximadamente 3 millones de moléculas de un fármaco típicamente salpican la superficie de una de estas nanopartículas.
Cada nanopartícula encierra una gotita de una sustancia llamada perfluorocarbono. Golpeadas por las ondas de ultrasonido en la frecuencia correcta, estos núcleos líquidos comienzan a agitarse y expandirse hasta que la matriz de copolímero que recubre la superficie se rompe, liberando las moléculas de drogas atrapadas. Propofol, como todos los psicoactivosLas drogas se difunden fácilmente a través de la formidable barrera hematoencefálica. Sin embargo, al cruzar esta barrera, la droga es rápidamente absorbida por el tejido cerebral, de modo que nunca llega a más de medio milímetro del capilar donde se ha liberado.
Airan y sus colegas inyectaron estas partículas por vía intravenosa en ratas experimentales y exploraron el potencial del ultrasonido focalizado para la administración de fármacos dirigida.
Inicialmente, midieron la actividad de las células nerviosas en la corteza visual, un área en la parte posterior del cerebro que se activa mediante estímulos visuales, en respuesta a destellos de luz dirigidos a los ojos de las ratas. Enfocando el haz de ultrasonido en esa área del cerebro, observaron cómo la actividad eléctrica allí se desplomaba mientras se transmitía el haz, luego se recuperaron dentro de unos 10 segundos después de que se apagó el dispositivo.anestesia allí, se hizo más pronunciada con el aumento de la intensidad del ultrasonido, y no ocurrió en absoluto cuando las ratas habían sido inyectadas con nanopartículas libres de drogas.
En contraste, la actividad en la corteza motora, un área del cerebro que no está involucrada en la visión, en respuesta a los destellos de luz dirigidos a los ojos de las ratas no disminuyó cuando se aplicó la ecografía allí. Pero la ecografía dirigida al núcleo geniculado lateral, un área del cerebroque transmite información visual a la corteza visual, redujo la actividad eléctrica en la corteza visual. Esto demostró que la liberación de propofol en una estructura cerebral puede producir efectos secundarios en otra región distante que recibe entradas de esa estructura.
respuesta metabólica en todo el cerebro
Luego, el equipo de Airan monitoreó la respuesta metabólica en todo el cerebro al ultrasonido enfocado mediante el uso de tomografía por emisión de positrones para medir la captación en el cerebro de un análogo radiactivo de glucosa, la glucosa es la principal fuente de energía del cerebro, en las ratas. Cuando las nanopartículas inyectadas estaban en blanco, no hubo efecto en las áreas expuestas al ultrasonido. Pero con las nanopartículas cargadas de propofol, el metabolismo disminuyó, lo que significa que hubo una reducción de la actividad neuronal en estas regiones expuestas al ultrasonido. Esta inhibición aumentó con el aumento de la intensidad del ultrasonido.desencadenó una actividad selectivamente disminuida en regiones cerebrales distantes que se sabe que reciben entradas del área expuesta al ultrasonido.
"Esperamos utilizar esta tecnología para predecir de manera no invasiva los resultados de la extirpación o inactivación de un pequeño volumen particular de tejido cerebral en pacientes programados para neurocirugía", dijo Airan. "La inactivación o eliminación de ese pequeño pedazo de tejido logrará el efecto deseado:- por ejemplo, ¿detener la actividad de las crisis epilépticas? ¿Causará efectos secundarios inesperados? "
Otros coautores del estudio son el investigador postdoctoral Qian Zhong, PhD, y el estudiante de medicina Daivik Vyas.
El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud otorga RF1MH114252 y U54CA199075, el Centro Stanford para la Excelencia en Nanotecnología del Cáncer, la Fundación de la Sociedad Americana de Neurorradiología, la Fundación Wallace H. Coulter, la Fundación Dana y la Wu TsaiInstituto de Neurociencias.
La Oficina de Licencias Tecnológicas de Stanford ha presentado solicitudes de patentes sobre propiedad intelectual asociadas con la nueva tecnología.
El Departamento de Radiología de Stanford también apoyó el trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Stanford . Original escrito por Bruce Goldman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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