Dispositivo implantable de ultrasonido podría reemplazar electrodos para la estimulación profunda del cerebro

Esta técnica implica el uso de electrodos de un milímetro de espesor para estimular las células productoras de dopamina en la región de la sustancia negra del cerebro. Sin embargo, estos dispositivos pueden corroerse con el tiempo y la acumulación de tejido cicatricial alrededor del implante puede alterar las señales eléctricas. Los investigadores ahora han desarrollado un método alternativo que utiliza ultrasonido en lugar de electricidad para la estimulación cerebral profunda, administrado a través de una fibra del grosor de un cabello humano. En un estudio realizado en ratones, este método demostró que la estimulación ultrasónica puede hacer que las neuronas liberen dopamina en una región del cerebro comúnmente atacada por los pacientes con Parkinson.

Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Boston, MA, EUA) que desarrollaron esta técnica habían creado previamente dispositivos de ultrasonido portátiles para la administración de medicamentos a través de la piel y el diagnóstico por imágenes de varios órganos. Sin embargo, los métodos existentes para enviar ultrasonido al cerebro a través del cráneo carecen de la precisión necesaria para llegar a regiones profundas del cerebro debido a la interferencia del cráneo. Para solucionar este problema, los investigadores diseñaron una fibra del grosor de un cabello hecha de un polímero flexible. La punta de la fibra contiene un transductor de ultrasonido en forma de tambor con una membrana vibratoria. Cuando esta membrana, que alberga una fina película piezoeléctrica, es impulsada por un pequeño voltaje eléctrico, genera ondas ultrasónicas detectables por las células cercanas. Todos los componentes del dispositivo son biocompatibles, incluida la capa piezoeléctrica hecha de una nueva cerámica llamada niobato de potasio y sodio (KNN). En pruebas con ratones, los investigadores demostraron que este dispositivo de ultrasonido, denominado ImPULS (estimulador de ultrasonido piezoeléctrico implantable), puede activar neuronas en el hipocampo. Luego implantaron las fibras en la sustancia negra productora de dopamina y demostraron que podían estimular las neuronas en el cuerpo estriado dorsal para producir dopamina.

La versión actual del implante funciona con una fuente de energía externa, pero las versiones futuras pueden funcionar con una pequeña batería implantable y una unidad electrónica. Los investigadores han desarrollado un proceso de microfabricación que les permite ajustar fácilmente la longitud y el grosor de la fibra y la frecuencia de las ondas sonoras producidas por el transductor piezoeléctrico. Esta personalización podría permitir que los dispositivos se dirijan a diferentes regiones del cerebro. Los investigadores ahora planean explorar cómo la estimulación ultrasónica afecta a varias regiones del cerebro y si los dispositivos pueden seguir funcionando durante períodos de un año. También están considerando agregar un canal de microfluidos al dispositivo, lo que le permitiría administrar medicamentos junto con ultrasonido. Además de su potencial como herramienta terapéutica para el Parkinson u otras enfermedades, este tipo de dispositivo de ultrasonido podría ser valioso para la investigación del cerebro, según los investigadores.

"Mediante el uso de la ultrasonografía, podemos crear una nueva forma de estimular las neuronas para que se activen en las profundidades del cerebro", dice Canan Dagdeviren, profesora asociada en el MIT Media Lab y autora principal del nuevo estudio publicado en Nature Communcations . "Este dispositivo es más delgado que una fibra capilar, por lo que el daño tisular será insignificante y nos resulta fácil navegar por este dispositivo en las profundidades del cerebro".