Ultrasonido biodegradable podría hacer que los cánceres cerebrales sean más tratables

Sin embargo, los cánceres de cerebro son notoriamente resistentes a la quimioterapia, debido a la barrera hematoencefálica, que es una membrana protectora que evita que grandes moléculas potencialmente dañinas entren en el cerebro. Esta misma barrera también impide que los fármacos de quimioterapia beneficiosos y otros tratamientos ataquen las células cancerosas del cerebro y traten otras enfermedades cerebrales. Un método seguro y eficaz para romper la barrera hematoencefálica implica el uso de ultrasonido para hacer vibrar las células lo suficiente como para crear poros que permitan el paso del medicamento.

Sin embargo, dirigir el ultrasonido a través del grueso cráneo humano es un desafío. Por lo general, numerosos dispositivos de ultrasonido potentes deben colocarse estratégicamente alrededor del cráneo y enfocarse con precisión en la ubicación del tumor con una máquina de resonancia magnética justo después de administrar quimioterapia en un entorno hospitalario. El procedimiento dura de cinco a seis horas y el ultrasonido intenso puede dañar los tejidos. El procedimiento rara vez se realiza más de una vez, a pesar de que la mayoría de los pacientes con cánceres cerebrales agresivos se someten a quimioterapia durante meses. Utilizar ultrasonido en cada sesión de quimioterapia sería significativamente más efectivo. Sin embargo, debido a la naturaleza compleja del proceso de resonancia magnética-ultrasonido, esto rara vez se hace. Ahora, un ultrasonido revolucionario y biodegradable, considerablemente más potente que los modelos anteriores, podría mejorar el tratamiento de los cánceres cerebrales.

Un dispositivo implantado directamente en el cerebro se puede usar repetidamente para permitir que la quimioterapia penetre en el cerebro y elimine las células tumorales. Ya existe en el mercado un dispositivo de ultrasonido implantable, pero está hecho de materiales cerámicos potencialmente tóxicos que requieren ser extraidos quirúrgicamente después del tratamiento. Investigadores de la Universidad de Connecticut (Storrs, CT, EUA) habían construido anteriormente un implante cerebral de ultrasonido piezoeléctrico seguro y biodegradable, aunque no era tan poderoso como las variantes de cerámica tradicionales. En su última investigación, el equipo empleó un método completamente nuevo para crear un ultrasonido de polímero biodegradable que es tan poderoso como los modelos de cerámica.

Inicialmente, los investigadores tenían la intención de usar cristales de glicina, un aminoácido que es una proteína común en el cuerpo y conocido por sus fuertes propiedades piezoeléctricas. La glicina es segura y biodegradable, pero se disuelve demasiado rápido en agua. Además, los cristales piezoeléctricos de glicina son quebradizos y se rompen fácilmente, lo que hace que el procesamiento de este material en un dispositivo de ultrasonido práctico sea un gran desafío. Los investigadores idearon una solución única: cultivaron cristales de glicina, los rompieron intencionalmente en pedazos de unos pocos cientos de nanómetros de tamaño y luego los hilaron con policaprolactona (PCL), un polímero biodegradable, para producir películas piezoeléctricas compuestas de glicina y nanofibras de PCL. Estas películas pueden generar ultrasonido a 334 kilopascales bajo un voltaje pequeño (~ 0,15 Vrms), similar a un implante cerebral de ultrasonido de cerámica. Luego recubrieron la película de glicina-PCL con otros polímeros biodegradables para su protección. Poly-L-Lactide (PLLA), un recubrimiento potencial, se descompone aproximadamente en seis semanas.

Los investigadores probaron el dispositivo en ratones con cáncer de cerebro, tratándolos con PTX (paclitaxel), un potente fármaco de quimioterapia eficaz contra el cáncer de cerebro pero difícil de atravesar la barrera hematoencefálica. El ultrasonido de glicina-PCL permitió con éxito que el PTX cruzara la barrera hematoencefálica, reduciendo los tumores y duplicando la vida útil de los ratones con cáncer cerebral en comparación con los no tratados. El tratamiento combinado de ultrasonido de glicina-PCL y PTX fue mucho más efectivo que usar PTX solo, o PTX y ultrasonido de la versión original menos potente del dispositivo de ultrasonido biodegradable, basado en PLLA. El equipo también realizó una evaluación de seguridad de seis meses del dispositivo implantado en el cerebro y no encontró ningún impacto negativo en la salud de los ratones. Los investigadores ahora planean probar la seguridad y eficacia del dispositivo en animales grandes.

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Universidad de Connecticut