Objetivo: mejorar el tratamiento de enfermedades neurológicas

paco camarenaMejorar la administración de fármacos en el cerebro para el tratamiento de enfermedades neurológicas, como el Alzheimer o el Parkinson. Este es el objetivo del trabajo que están desarrollando investigadores del campus de Gandia de la Universitat Politècnica de València con la Universidad de Columbia (Nueva York, Estados Unidos).

Según explican los investigadores, patologías como el Parkinson o el Alzheimer en la actualidad son difíciles de tratar porque la barrera hematoencefálica, que protege al cerebro de infecciones, impide que lleguen los fármacos a las zonas afectadas del mismo. Para ello, los científicos trabajan en un sistema que permita permeabilizar la barrera hematoencefálica con ultrasonidos, de forma que se puedan administrar los medicamentos pero sin dañar esta barrera. El proyecto se encuentra en estos momentos en fase de experimentación animal.

Cooperación internacional

La investigación en Gandia es fruto de una cooperación internacional que inició el profesor de la UPV Francisco Camarena con el equipo de Elisa Konofagou, de la Universidad de Columbia, en 2010. En Estados Unidos estaban desarrollando el transductor ultrasónico y el sistema de ingeniería biomédica que permite abrir la barrrera hematoencefálica y el transporte de fármacos; en Gandia los esfuerzos se dirigieron a comprender la trayectoria de las ondas ultrasónicas a través de los distintos tejidos, para hacer posible que los fármacos se administren exactamente donde se requiere.

En la investigación actual de la UPV en Gandia colaboran estudiantes del Máster en Ingeniería Acústica de la UPV.

Predecir el comportamiento de ultrasonidos

Según explica Francisco Camarena, la barrera hematoencefálica es una capa densa de células que recubre los capilares del cerebro, creando una barrera protectora contra infecciones; el único sistema reversible, localizado y no invasivo que consigue abrir la barrera hematoencefálica sin dañarla consiste en la utilización de ultrasonidos focalizados, afirma el investigador. ¿El problema que encontraban en los experimentos en Estados Unidos es que los haces de ultrasonidos no se dirigían donde esperaban. Los ultrasonidos están sujetos a fenómenos físicos como la absorción, la reflexión, la refracción o la difracción, que afectan a su trayectoria y que varían según las condiciones externas y las propias condiciones del emisor de ultrasonidos¿, explica Francisco Camarena.

Desarrollo de una técnica de simulación

El primero paso en la colaboración de los investigadores de la UPV en Gandia consistió en el desarrollo de una técnica de simulación por ordenador de la trayectoria que seguiría el haz de ultrasonidos en su camino a través del cráneo hacia la zona del cerebro que queremos tratar. Esta técnica, que fue llevada a cabo por Noé Jiménez, Máster en Ingeniería Acústica y doctor por la UPV, en colaboración con el profesor Javier Redondo, consiste en ir resolviendo la ecuación de ondas (que rigen el comportamiento de las ondas) en pasos muy pequeños, de forma que las irregularidades del cráneo y demás tejidos puedan ir siendo incorporadas de forma sencilla. La técnica, conocida como Finite-Difference Time-Domain (FDTD) ha sido utilizada para resolver problemas de acústica en general y los científicos consiguieron adaptarla a los ultrasonidos.

Hacia el desarrollo de una lente acústica

Tras el desarrollo de la técnica de simulación, el equipo de investigación se ha centrado en la resolución de aspectos concretos, como el de determinar la influencia del aumento de energía y del ángulo de incidencia del foco en la trayectoria del haz de ultrasonidos; también se está investigando cómo captura el cráneo la energía ultrasónica y qué problemas se derivan de ello, como el calentamiento de la estructura ósea.

Mientras se profundiza en estas líneas, en la actualidad los investigadores están trabajando en la creación de unas lentes acústicas, realizadas a partir de cristales de sonido, que servirían para corregir la trayectoria del haz de ultrasonidos, `al igual que unas gafas corrigen la trayectoria de la luz¿, explica el investigador Francisco Camarena. Una vez finalizado el diseño, estas lentes podrían construirse con una impresora 3D.