Investigadores de la ETH Zurich han demostrado por primera vez que mediante ultrasonidos se pueden conducir microvehículos a través de los vasos sanguíneos del cerebro de ratones. Esperan que esto conduzca eventualmente a tratamientos capaces de administrar medicamentos con precisión milimétrica. Su estudio se publica en Nature Communications. .
Los tumores cerebrales, las hemorragias cerebrales y las afecciones neurológicas y psicológicas suelen ser difíciles de tratar con medicamentos. E incluso cuando hay medicamentos eficaces disponibles, estos tienden a tener efectos secundarios graves porque circulan por todo el cerebro y no solo por el área que deben tratar.
A la luz de esta situación, los investigadores tienen grandes esperanzas de que algún día puedan proporcionar un enfoque más específico que pueda administrar medicamentos en lugares muy específicamente definidos. Para ello, están desarrollando minitransportadores que puedan guiarse a través del denso laberinto de vasos sanguíneos.
Investigadores de la ETH Zurich, la Universidad de Zurich y el Hospital Universitario de Zurich han logrado por primera vez guiar microvehículos a través de los vasos sanguíneos del cerebro de un animal mediante ultrasonidos.
En comparación con tecnologías de navegación alternativas, como las basadas en campos magnéticos, los ultrasonidos ofrecen ciertas ventajas. Daniel Ahmed, profesor de Robótica Acústica en ETH Zurich y supervisor del estudio, explica:"Además de ser ampliamente utilizado en el campo médico, el ultrasonido es seguro y penetra profundamente en el cuerpo".
Para su microvehículo, Ahmed y sus colegas utilizaron microburbujas llenas de gas recubiertas de lípidos, las mismas sustancias de las que están hechas las membranas celulares biológicas. Las burbujas tienen un diámetro de 1,5 micrómetros y actualmente se utilizan como material de contraste en ecografías.
Como han demostrado ahora los investigadores, estas microburbujas pueden guiarse a través de los vasos sanguíneos. "Dado que estas burbujas o vesículas ya están aprobadas para su uso en humanos, es probable que nuestra tecnología sea aprobada y utilizada en tratamientos para humanos más rápidamente que otros tipos de microvehículos actualmente en desarrollo", afirma Ahmed.
Otro beneficio de las microburbujas guiadas por ultrasonido es que se disuelven en el cuerpo una vez que han hecho su trabajo. Cuando se utiliza otro enfoque, campos magnéticos, los microvehículos tienen que ser magnéticos, y no es fácil desarrollar microvehículos biodegradables. Además, las microburbujas desarrolladas por los investigadores de la ETH Zurich son pequeñas y suaves. "Esto nos facilita guiarlos a lo largo de capilares estrechos", afirma Alexia Del Campo Fonseca, estudiante de doctorado en el grupo de Ahmed y autora principal del estudio.
En los últimos años, Ahmed y su grupo han estado trabajando en el laboratorio para desarrollar su método para guiar microburbujas a través de vasos estrechos. Ahora, en colaboración con investigadores de la Universidad de Zurich y el Hospital Universitario de Zurich, han probado este método en vasos sanguíneos del cerebro de ratones. Los investigadores inyectaron las burbujas en el sistema circulatorio de los roedores, donde son arrastradas por el torrente sanguíneo sin ninguna ayuda externa.
Sin embargo, los investigadores lograron utilizar ultrasonido para mantener las burbujas en su lugar y guiarlas a través de los vasos cerebrales en contra de la dirección del flujo sanguíneo. Los investigadores incluso pudieron guiar las burbujas a través de vasos sanguíneos complicados o hacer que cambiaran de dirección varias veces para dirigirlas hacia las ramas más estrechas del torrente sanguíneo.
Para controlar los movimientos de los microvehículos, los investigadores también colocaron cuatro pequeños transductores en el exterior del cráneo de cada ratón. Estos dispositivos generan vibraciones en el rango ultrasónico, que se propagan por el cerebro en forma de ondas. En determinados puntos del cerebro, las ondas emitidas por dos o más transductores pueden amplificarse entre sí o anularse entre sí. Los investigadores guían las burbujas utilizando un método sofisticado para ajustar la salida de cada transductor individual. Las imágenes en tiempo real les muestran en qué dirección se mueven las burbujas.
Para crear las imágenes de este estudio, los investigadores utilizaron microscopía de dos fotones. En el futuro, también quieren utilizar el ultrasonido para obtener imágenes y planean mejorar la tecnología de ultrasonido para este propósito.
En este estudio, las microburbujas no estaban equipadas con medicamentos. En primer lugar, los investigadores querían demostrar que podían guiar los microvehículos a lo largo de los vasos sanguíneos y que esta tecnología era adecuada para su uso en el cerebro. Ahí es donde existen aplicaciones médicas prometedoras, incluso en el tratamiento del cáncer, los accidentes cerebrovasculares y las afecciones psicológicas.
El siguiente paso de los investigadores será unir las moléculas del fármaco al exterior de la carcasa de la burbuja para su transporte. Quieren mejorar todo el método hasta el punto en que pueda usarse en humanos, con la esperanza de que algún día sirva de base para el desarrollo de nuevos tratamientos.
Más información: Alexia Del Campo Fonseca et al, Captura por ultrasonido y navegación de microrobots en la vasculatura del cerebro del ratón, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41557-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por ETH Zurich
