La cirugía cerebral por ultrasonido tiene un enorme potencial para el tratamiento de enfermedades neurológicas y cánceres, pero hacer que las ondas sonoras atraviesen el cráneo y lleguen al cerebro no es una tarea fácil. Para abordar este problema, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Riverside ha desarrollado un implante de cráneo de cerámica a través del cual los médicos pueden administrar tratamientos de ultrasonido a pedido y de forma recurrente.

Titulado "Nuevos implantes craneales de circonio estabilizado con itria como ventana acústica para terapia cerebral ultrasónica", "un artículo que describe la investigación se publicó hoy en la revista Materiales avanzados para el cuidado de la salud . Guillermo Aguilar, profesor y catedrático de ingeniería mecánica en el Bourns College of Engineering de la UCR, y Javier E. Garay, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, lideró el proyecto con investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), En la ciudad de México. El documento actual amplía el trabajo que realiza la UCR internacional, proyecto interdisciplinario 'Ventana al cerebro', una asociación con UC San Diego y tres instituciones de investigación en México.

El ultrasonido (ondas sonoras que tienen una frecuencia más alta que las audibles para los humanos) se pueden usar para tratar una variedad de trastornos cerebrales, incluidas las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. La ecografía también se puede utilizar para destruir células cancerosas, disolver los coágulos de sangre durante un accidente cerebrovascular, y abrir la barrera hematoencefálica para mejorar la administración de fármacos.

Sin embargo, el cráneo humano, llamado el cráneo, tiene entre 2 y 8 mm de espesor y es relativamente denso, lo que significa que la mayoría de las ondas sonoras se reflejan o se absorben antes de llegar al cerebro.

Para ayudar a los médicos a enviar ondas sonoras terapéuticas al cerebro, el equipo desarrolló y probó un material cerámico que podría usarse para reemplazar una parte del cráneo y que permite una fácil, transmisión dirigida de ondas de ultrasonido al cerebro. El material, que es una nueva variación del material cerámico Yttria Stabilized Zirconia (YSZ), no es poroso, permitiendo no focalizado, ondas de ultrasonido de baja intensidad para pasar.

Los materiales cerámicos son muy prometedores porque son biocompatibles, Extremadamente difícil, y resistente a los golpes, haciéndolos ideales para implantes. El equipo desarrolló previamente un material de implante craneal YSZ para terapias basadas en láser, que ya se encuentra en ensayos preclínicos. El material actual podría usarse para administrar tratamientos basados ​​en ultrasonido y láser.

"Estos materiales ya se utilizan en coronas dentales y reemplazos de cadera, y nuestro equipo está trabajando para extender su aplicación al diagnóstico y tratamiento de una amplia variedad de patologías cerebrales y trastornos neurológicos, "Dijo Aguilar.

"El desarrollo de un implante craneal transparente óptica y de radiofrecuencia ya era un logro emocionante, y seguimos trabajando para hacer realidad este implante. Ahora, demostrar que el ultrasonido puede transmitirse a través del implante podría ampliar aún más sus capacidades terapéuticas ".

Garay de UCSD, quien anteriormente presidió el Programa de Ingeniería y Ciencia de Materiales de la UCR, dijo que los hallazgos podrían extender la aplicación de zirconia, un material que a veces se denomina "acero de la cerámica" debido a su versatilidad.

"Es importante apreciar que la zirconia que desarrollamos funciona bien para esta aplicación porque la diseñamos para que tenga una porosidad baja. Porosidad, un defecto común en la cerámica producida por métodos tradicionales, deteriora significativamente la transmisión de ultrasonido como mostramos en este artículo, "Dijo Garay.

Además de Aguilar y Garay, los colaboradores son:Mario Gutierrez, investigador postdoctoral en el grupo de Aguilar durante este proyecto, y ahora investigador del CONACYT en el Instituto Nacional de Rehabilitación, Subdirección de Investigación Tecnológica (DIIM) en la Ciudad de México, quién es el primer autor del artículo; los profesores Lorenzo Leija y Arturo Vera, investigadores del CINVESTAV del IPN en la Ciudad de México; y Elias Penilla, un investigador postdoctoral en UC San Diego que completó el trabajo como estudiante de posgrado en UCR.

La Oficina de Comercialización de Tecnología de la UCR ha presentado una solicitud de patente para las invenciones anteriores.