Las enfermedades del cerebro afectan a cerca de 1000 millones de personas en el mundo, dentro de todos los grupos etarios y regiones geográficas. Las enfermedades neurológicas constituyen la primera causa de discapacidad a nivel mundial y sólo en la Argentina se estima que alrededor de 450.000 personas están afectadas por una discapacidad causada por un daño cerebral adquirido.
Por eso, la preocupación respecto de estas enfermedades es una problemática mundial, en la que investigadores de varios países buscan nuevos tratamientos que ayuden a contrarrestar las cifras en aumento de la población.
Por ese motivo el Instituto de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Buenos Aires (IIBM) junto al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) desarrollaron una nueva técnica no invasiva para estimular la actividad neuronal a través de ultrasonido, que permitiría disminuir significativamente los casos donde hoy el único tratamiento es la intervención quirúrgica.
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Los investigadores Sergio Lew, Fabián Acquaticci y Sergio Gwirc estuvieron a cargo del desarrollo de la investigación que en los primeros ensayos se realizan en animales de laboratorio. En otra reciente etapa incluye en pruebas «ex vivo», es decir, en tejidos humanos fuera del organismo.
El ingeniero electrónico Sergio Lew explicó que «la estimulación cerebral es una técnica de ultrasonido utilizada con fines terapéuticos y de investigación es una opción a otros tratamientos como la estimulación magnética transcranealde o el uso eléctrico por medio de electrodos implantados en la zona a estimular, como se realiza en el caso de la enfermedad de Parkinson».
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«La onda de ultrasonido hace vibrar a la membrana celular aumentando su permeabilidad, principalmente al sodio, y haciendo finalmente que la neurona dispare potenciales de acción», precisó el experto que explicó cómo realizaron el trabajo que lleva por lo menos 5 años de estudio.
«Se desarrolló una lente especial para enfocar el haz de ultrasonido a una zona del cerebro de 3 milímetros cúbicos de ratones anesteciados. La lente se diseñó con modelos computacionales de elementos finitos del transductor piezoeléctrico, del material de la lente y del cráneo. Luego se construyó la misma en un material transparente a la onda de ultrasonido de 250 MHz y se la caracterizó en una cuba», detalló.
Finalmente, el neuroestimulador fue enfocado sobre la región de la corteza motora donde se mapea el movimiento de la cola del ratón y se ajustó en perfil de estimulación para lograr el movimiento involuntario de la cola.
Lo más atractivo de esta novedosa técnica es su no invasividad y la selectividad, lo que ahorra al mismo tiempo y dinero. Los actuales métodos farmacológicos son generales y demandan un gran gasto metabólico, mientras que los eléctricos permiten alcanzar una alta especificidad pero requieren de la implantación de electrodos profundos, y las prácticas no invasivas (como la estimulación magnética transcraneal o por corriente continua) tienen baja resolución espacial.
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Fabián Acquaticci, del laboratorio de Transductores Piezoeléctricos y Procesamiento de Señales del centro Electrónica e Informática del INTI también estuvo involucrado en el proyecto y destacó la importancia que tiene la nueva técnica de estudios ya que no es invasiva y por su selectividad puede ahorrar tiempo y dinero del paciente.
«Los actuales métodos farmacológicos son generales y demandan un gran gasto metabólico, mientras que los eléctricos permiten alcanzar una alta especificidad pero requieren de la implantación de electrodos profundos, y las prácticas no invasivas (como la estimulación magnética transcraneal o por corriente continua) tienen baja resolución espacial», precisó el especialista.
Una conjunto de enfermedades temibles
Los trastornos neurológicos son enfermedades del sistema nervioso central y periférico, es decir, del cerebro, la médula espinal, los nervios craneales y periféricos, las raíces nerviosas, el sistema nervioso autónomo, la placa neuromuscular, y los músculos.
Entre esos trastornos se cuentan la epilepsia, la enfermedad de Alzheimer y otras demencias, enfermedades cerebrovasculares tales como los accidentes cerebrovasculares, la migraña y otras cefalalgias, la esclerosis múltiple, la enfermedad de Parkinson, las infecciones neurológicas, los tumores cerebrales, las afecciones traumáticas del sistema nervioso tales como los traumatismos craneoencefálicos, y los trastornos neurológicos causado por la desnutrición.
El sistema nervioso puede verse afectado por numerosas infecciones: bacterianas (por ejemplo, Mycobacterium tuberculosis y Neisseria meningitides), víricas [por ejemplo, virus de inmunodeficiencia humana (VIH), enterovirus, virus del Nilo Occidental y virus de Zika], fúngicas (por ejemplo, Cryptococcus y Aspergillus) y parasitarias (por ejemplo, paludismo y enfermedad de Chagas). Los síntomas neurológicos pueden deberse a la infección en sí misma o a la respuesta inmunitaria.
Cientos de millones de personas en todo el mundo sufren trastornos neurológicos. Más de 6 millones de personas mueren cada año por accidentes cerebrovasculares, y más del 80% de estas muertes se producen en países de ingresos bajos o medianos. Más de 50 millones de personas en todo el mundo tienen epilepsia. Según los cálculos, 47,5 millones de personas en todo el mundo padecen demencia, y se diagnostican 7,7 millones de casos nuevos cada año – la enfermedad de Alzheimer es la causa más común de demencia y puede contribuir al 60%-70% de los casos.
La prevalencia de la migraña es superior al 10% en todo el mundo.
En nuestro país de cada 100 mil pacientes que padecen trastornos neuronales, y se estima que sólo 50 pueden ser intervenidos quirúrgicamente.
El uso clínico de neuroestimuladores implantables para el tratamiento por ejemplo del Parkinson o la epilepsia, implica un alto costo que puede estimarse entre 15 mil y 20 mil dólares por intervención. Para el tratamiento de la epilepsia refractaria y para la depresión unipolar y trastorno bipolar (maníaco-depresivo) actualmente hay más de 40 mil pacientes implantados en todo el mundo. Por lo tanto, resulta de interés desarrollar nuevas técnicas y dispositivos de neuroestimulación no invasivos y mínimamente invasivos, que posean al menos la misma especificidad que los dispositivos implantables actuales.
El IIBM financió el proyecto y trabajó en el desarrollo de los métodos de neuroestimulación propiamente dichos bajo la dirección de Sergio Lew. El INTI, bajo la dirección de Sergio Gwirc, brindó sus capacidades para el diseño y desarrollo de los dispositivos (transductores piezoeléctricos y elementos de focalización) conjuntamente con toda la bioelectrónica asociada para su aplicación.
