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SALUD. El ultrasonido enfocado permite una terapia neurológica no invasiva precisa

 

Estimulación ultrasónica focalizada no invasiva con especificidad de tipo celular. Fuente: Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon

El He Lab de la Universidad Carnegie Mellon se centra en soluciones de neuroingeniería no invasivas que no solo brindan técnicas de diagnóstico, sino también opciones de tratamiento innovadorasSu última investigación ha demostrado que la neuromodulación no invasiva a través de ultrasonidos de baja intensidad puede tener selectividad de tipo celular en la manipulación de neuronas.

La enfermedad de Parkinson, la epilepsia y el insomnio son solo algunos de los trastornos neurológicos que utilizan las técnicas de tratamiento de neuromodulación en la actualidad. La neuromodulación entrega energía física controlada al sistema nervioso para tratar y mejorar la calidad de vida de los pacientes. Los enfoques actuales de la neuromodulación, aunque eficaces, presentan tanto inconvenientes como limitaciones.

"La estimulación cerebral profunda, que tiene mucho éxito, pero es una forma invasiva de estimulación eléctrica a través de electrodos implantados, es un ejemplo de cómo se utiliza la neuromodulación en un entorno clínico actual", explicó Bin He, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad Carnegie Mellon. 

Los profesionales médicos también han utilizado la estimulación magnética transcraneal no invasiva y la estimulación de corriente transcraneal, las cuales carecen de la capacidad de enfocarse específicamente en el nivel del neurocircuito.

El ultrasonido enfocado transcraneal de baja intensidad, o tFUS, es una tecnología de neuromodulación emergente y completamente reversible. Es no invasivo, preciso y no requiere cirugíaDurante la neuromodulación de tFUS, la energía mecánica pulsada se transmite a través del cráneo, con  y selectividad, a  altamente específicas , que pueden dirigirse para provocar la activación o inhibición mediante el ajuste de parámetros.

Efectos de la estimulación ecográfica focalizada transcraneal: a) Las neuronas excitadoras (RSU) responden a la frecuencia de repetición del pulso ultrasónico; b) Las neuronas inhibidoras (FSU) no responden a la frecuencia de repetición del pulso ultrasónico. Fuente: Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon

En un trabajo publicado recientemente en Nature Communications, los científicos demostraron, por primera vez, que se pueden atacar tipos de células específicas a través de la neuromodulación de tFUS. Su estudio encontró que las neuronas excitadoras mostraban una alta sensibilidad a la frecuencia de repetición del pulso de ultrasonido, mientras que las neuronas inhibidoras no.

Este hallazgo es significativo, porque demuestra la primera capacidad de una técnica de neuromodulación no invasiva para modular una subpoblación de células seleccionada, utilizando una técnica que puede traducirse directamente para . 

Con la capacidad demostrada de tFUS para activar neuronas excitadoras o inhibidoras, las aplicaciones futuras pueden conducir a una orientación precisa de los circuitos cerebrales utilizando energía de ultrasonido enfocada y activar o inhibir subpoblaciones seleccionadas de neuronas ajustando los parámetros de ultrasonido.

Como resultado de la investigación, se obtuvo evidencia directa de que diferentes poblaciones de neuronas responden de manera desigual a la estimulación por ultrasonido en el cerebro. Se identificó un parámetro de estimulación crítico que puede ajustar el equilibrio entre las actividades neuronales excitadoras e inhibidoras, y se llevaron a cabo experimentos de control exhaustivos para respaldar estos valiosos hallazgos neurocientíficos.

Una mirada más cercana a la neuromodulación de ultrasonido enfocado no invasivo de neuronas específicas de tipo celular. Fuente: Facultad de Ingeniería, Universidad Carnegie Mellon

La aplicación de esta investigación tiene amplias implicaciones; no se limita a una sola enfermedad. Para muchas personas que sufren de dolor, depresión y adicción, cree que la neuromodulación tFUS no invasiva podría usarse para facilitar el tratamiento.

Si los científicos logran localizar y apuntar a áreas del cerebro utilizando energía acústica y de , potencialmente se podría tratar una gran cantidad de enfermedades y afecciones neurológicas y psiquiátricas. Este tipo de opción de tratamiento tiene un gran potencial para cambiar lo que los médicos estudian en la facultad de medicina y pasar a la práctica. Por supuesto, una opción de tratamiento no invasiva, precisa y reversible también presenta infinitos beneficios para los pacientes. 

Su próximo objetivo es desarrollar aún más la tecnología de  tFUS con mayor resolución espacial y focalidad, y probar directamente la aplicabilidad de tFUS para tratar afecciones cerebrales en seres humanos.

Más información: Kai Yu et al, Intrinsic functional neuron-type selectivity of transcranial focused ultrasound neuromodulation, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-22743-7

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