Microburbujas y ultrasonidos abren la barrera del cerebro para introducir fármacos

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La insalvable barrera hematoencefálica impide la entrada de microorganismos en nuestro cerebro, pero también la de medicamentos que podrían ayudar a tratar el párkinson, el alzhéimer y otras enfermedades neurodegenerativas. Ahora un físico español y otros investigadores de la Universidad de Columbia (EE UU) han conseguido colocar esas sustancias en diminutas burbujas lipídicas de tal forma que se pueden liberar, mediante ultrasonidos, justo en el área cerebral donde se necesiten.

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Microburbujas con la sustancia fluorescente en su envuelta lipídica, desde donde se libera a la zona del cerebro deseada por efecto de los ultrasonidos. / UEIL, C. Sierra et al.

Un mecanismo de defensa tan sofisticado como la barrera hematoencefálica, que protege a nuestro cerebro de los virus, bacterias y hongos que se cuelan en la sangre, se puede llegar a convertir en nuestro peor enemigo a la hora de tratar ciertas enfermedades. Este ‘muro’ es un obstáculo insalvable para el 98 % de los fármacos, a los que se considera patógenos y se les bloquea el paso desde el flujo sanguíneo al cerebro de los pacientes.

Los científicos llevan años intentando salvar esta barrera natural, pero casi ninguna de las técnicas desarrolladas hasta ahora –como inyecciones intracraneales, terapia génica o modificación química del medicamento– logran llevar el fármaco allí donde se necesita, sin que afecte al resto del cuerpo y con una acción reversible, es decir, que la barrera se abra y cierre a la mayor brevedad.

Como si fuera un rayo láser, los ultrasonidos se focalizan hacia una región concreta del cerebro, donde las microburbujas  empiezan a oscilar y aumentar su tamaño por su interacción con las ondas acústicas. Cuando estas diminutas burbujas alcanzan un tamaño crítico de 8 micras se abre la barrera hematoencefálica próxima, y así puede entrar el medicamento que circula por la sangre.El único método que ha conseguido superar todas estas condiciones se basa en el uso de ultrasonidos –con una frecuencia por encima del umbral de sonido perceptible por el oído humano– tras el suministro de fármacos y, de forma independiente, una inyección intravenosa de microburbujas –totalmente inocuas– de un gas recubierto de una capa lipídica.

Esta técnica se emplea con éxito desde hace más de un década, pero presenta un inconveniente: los fármacos se mueven por todo el sistema circulatorio y llegan a órganos donde no se necesitan, provocando efectos secundarios adversos. Sin embargo, científicos del Ultrasound Elasticity Imaging Laboratory (UEIL) de la universidad neoyorkina de Columbia parecen haber encontrado la solución.

“Hemos dado un paso más, incorporando la sustancia de interés a la capa lipídica de las microburbujas, para que permanezca unida a ellas y no pueda circular libremente por el organismo”, destaca a Sinc el físico Carlos Sierra, investigador en el UEIL con una beca de la Fundación Barrié de A Coruña y autor principal de este nuevo avance, que publica el Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism.

De esta forma las microburbujas viajan por todo el cuerpo con el fármaco potencial adherido, pero solo lo liberan en el lugar del cerebro requerido, cuando se rompen y abren la barrera hematoencefálica por el efecto de los ultrasonidos. “Y todo de manera no invasiva, localizada, reversible y completamente segura”, subraya Sierra.

La sustancia fluorescente adherida a las microburbujas se libera cuando estas se rompen por efecto de los ultrasonidos, revelando la zona del cerebro del ratón donde se abre la barrera hematoencefálica. / UEIL-C. Sierra et al.

De momento los investigadores han probado la eficacia de su técnica con ratones. Han elegido una molécula fluorescente llamada 5-dodecanoylaminfluoresceina, y han confirmado que llegaba a la zona cerebral seleccionada sin afectar a otros partes del animal. Al mismo tiempo, han definido los umbrales de presión acústica a partir de los cuales se garantiza, in vivo, que esta sustancia alcanza su objetivo.

Del experimento con ratones hasta el ensayo con humanos

“La definición de esos parámetros nos permite pensar en la traslación de la técnica a pacientes humanos, aunque antes hay que probarlo en monos”, explica el investigador, quien adelanta: “Se podría aplicar en enfermedades como párkinson, alzhéimer, Huntington, tumores cerebrales, ictus, esclerosis múltiple y esclerosis lateral amiotrófica, donde esperamos un aumento muy significativo en la eficacia de sus tratamientos y una disminución considerable de los efectos secundarios”.

En la actualidad el equipo ya ha empezado a administrar compuestos potencialmente terapéuticos para tratar el párkinson “con resultados preliminares prometedores”, apunta Sierra, quien concluye: “El éxito de esta técnica en ratones, e incluso en monos, no puede garantizar su eficacia en personas, pero si los resultados siguen siendo satisfactorios se iniciarían los ensayos preclínicos en humanos”.

Referencia bibliográfica:

Carlos Sierra, Camilo Acosta, Cherry Chen, Shih-Ying Wu, Maria E. Karakatsani, Manuel Bernal, Elisa E. Konofagou. “Lipid microbubbles as a vehicle for targeted drug delivery using focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening”. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, 2016. Doi: 10.1177/0271678X16652630.