Existen enfermedades, especialmente neurológicas, para las que los tratamientos farmacológicos resultan poco eficaces y que, en su lugar, requieren de una interacción física o electromagnética.

La estimulación cerebral profunda emplea electrodos implantados en el cerebro para enviar impulsos eléctricos de forma dirigida y corregir los efectos de enfermedades como el Parkinson, una patología neurodegenerativa que afecta a casi 300.000 personas en España, según datos de la Universidad Complutense de Madrid¹.

Esta técnica, sin embargo, no está exenta de riesgos: más allá de las posibles complicaciones de una cirugía, los electrodos que se utilizan para canalizar los impulsos eléctricos pueden corroerse y acumular tejido cicatricial, hecho que puede interferir con los impulsos y obligar a su extirpación inmediata.

Ultrasonidos como alternativa

Para evitar estas complicaciones, un grupo de investigadores del MIT ha desarrollado un novedoso sistema que sustituye la electricidad por ultrasonidos para realizar la estimulación cerebral profunda, y los administra mediante una fibra del grosor de un cabello humano.

Los expertos han puesto en práctica este sistema para estimular la liberación neuronal de dopamina en un área cerebral sensible a la enfermedad del Parkinson, tal y como recogen los resultados publicados por la revista Nature².

El estudio parte de una tesis: la neuroestimulación precisa es un tratamiento con el potencial de mejorar las terapias para tratar los trastornos neurológicos. Sin embargo, el uso de electrodos constituye un desafío para conseguir una orientación precisa y consistente debido a la respuesta inmunitaria y a las limitaciones de penetración que tienen los campos eléctricos.

El objetivo del equipo del MIT consistió en superar algunos de estos inconvenientes mediante la sustitución de la estimulación eléctrica con ultrasonido. Los científicos constataron que la mayoría de las neuronas tienen canales iónicos o poros en la membrana celular que son sensibles y responden a medios de estimulación mecánica como las vibraciones de las ondas sonoras, y dedujeron que los ultrasonidos pueden provocar actividad en esas células. Sin embargo, las tecnologías existentes para administrar estos ultrasonidos al cerebro eran incapaces de salvar la barrera craneal y llegar a zonas cerebrales profundas con una precisión elevada.

Alcanzar la profundidad cerebral

Para conseguirlo y modular las neuronas de forma precisa, los investigadores del MIT decidieron crear un nuevo tipo de implante que produjera campos de ultrasonidos localizados y que pudiera alcanzar las áreas deseadas de una forma segura.

El resultado fue una fibra del grosor de un cabello humano realizada con un polímero flexible cuya punta contiene un transductor de ultrasonidos en forma de tambor con una membrana vibratoria. Al aplicar un pequeño voltaje eléctrico el dispositivo genera ondas ultrasónicas que pueden ser detectadas por las células cercanas.

A diferencia de los electrodos, este sistema resulta seguro para los tejidos porque no tiene superficies expuestas a la electricidad y requiere una potencia muy baja. Así lo constataron durante las pruebas que realizaron en ratones, en las que, en un primer momento, el dispositivo generó actividad en las neuronas del hipocampo. A continuación, implantaron las fibras en la sustancia negra, básica para la generación de movimiento y para la producción de dopamina, y demostraron que podían estimular las neuronas en el estriado dorsal para producir el neurotransmisor que participa en la conducta motora.