Esperienze e opinioni

Nelle cure mediche sono abitualmente usate onde sonore a frequenze superiori alla soglia dell'udito umano, chiamate anche ultrasuoni, che possono aiutare i medici a diagnosticare e monitorare le malattie e possono anche permettere di dare i primi sguardi ai nuovi membri della famiglia. E ora, i pazienti affetti da condizioni che vanno dal cancro alle malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer, potrebbero presto beneficiare dei recenti progressi in questa tecnologia.

Sono un ingegnere biomedico che studia come mettere a punto gli ultrasuoni focalizzati – la concentrazione dell’energia sonora in un volume specifico – per trattare varie condizioni. Negli ultimi anni, questa tecnologia ha visto una crescita e un utilizzo significativi in ​​clinica. E i ricercatori continuano a scoprire nuovi modi per usare gli ultrasuoni focalizzati per curare le malattie.

Breve storia degli ultrasuoni focalizzati

Gli ultrasuoni sono generati con una sonda contenente un materiale che converte la corrente elettrica in vibrazioni e viceversa. Quando le onde ultrasoniche attraversano il corpo, si riflettono sui confini dei diversi tipi di tessuto. La sonda rileva questi riflessi e li riconverte in segnali elettrici con cui il computer crea immagini di quei tessuti.

Oltre 80 anni fa, gli scienziati hanno scoperto che concentrare queste onde ultrasoniche in un volume delle dimensioni di un chicco di riso può riscaldare e distruggere il tessuto cerebrale. Questo effetto è analogo a concentrare la luce solare con una lente d'ingrandimento per accendere una foglia secca. I primi ricercatori iniziarono a testare il modo in cui gli ultrasuoni focalizzati potevano trattare disturbi neurologici, dolore e persino cancro.

Tuttavia, nonostante questi primi risultati, alcuni ostacoli tecnici hanno ostacolato l’applicazione degli ultrasuoni focalizzati in clinica. Ad esempio, poiché il cranio assorbe l’energia degli ultrasuoni, l’invio di fasci focalizzati con energia sufficientemente elevata da raggiungere il tessuto cerebrale danneggiato si è rivelato difficile. I ricercatori alla fine hanno superato questo problema integrando grandi serie di trasduttori a ultrasuoni – le sonde che convertono segnali elettrici e vibrazioni – con informazioni basate su immagini sulla forma e la densità del cranio. Questo cambiamento ha permesso ai ricercatori di ottimizzare meglio i raggi sui loro obiettivi.

È solo dopo che negli ultimi anni gli scienziati hanno compiuto importanti progressi nella tecnologia della scansione e nella fisica acustica che la promessa degli ultrasuoni si è concretizzata in clinica. Sono stati completati, o sono in corso, centinaia di studi clinici volti a trattare decine di condizioni. I ricercatori hanno riscontrato notevoli risultati su una condizione chiamata tremore essenziale, che porta a un tremore incontrollato, solitamente delle mani. I trattamenti ad ultrasuoni mirati per il tremore essenziale vengono ora eseguiti di routine in molte località in tutto il mondo.

Credo che alcune delle applicazioni più interessanti degli ultrasuoni focalizzati includano il miglioramento della somministrazione di farmaci al cervello, la stimolazione delle risposte immunitarie contro il cancro e il trattamento di malattie rare del sistema nervoso centrale.

Portare farmaci al cervello

La barriera emato-encefalica è la soluzione raffinata dell’evoluzione per tenere le sostanze nocive lontane da questo organo estremamente critico. Composta da cellule strettamente collegate che rivestono l’interno dei vasi sanguigni, permette solo a determinati tipi di molecole di entrare nel cervello, proteggendolo da agenti patogeni e tossine. Tuttavia, la barriera emato-encefalica è problematica quando si tratta di curare le malattie perché impedisce alle terapie di raggiungere l’obiettivo previsto.

Più di 20 anni fa, studi pionieristici hanno stabilito che l’invio di impulsi a bassa intensità di ultrasuoni focalizzati potrebbe aprire temporaneamente la barriera emato-encefalica facendo oscillare le microbolle nei vasi sanguigni. Questa oscillazione spinge e tira le pareti dei vasi circostanti, aprendo brevemente piccoli pori che consentono ai farmaci presenti nel flusso sanguigno di penetrare nel cervello. Fondamentalmente, la barriera emato-encefalica si apre solo dove vengono applicati gli ultrasuoni focalizzati.

Dopo molti anni di test sulla sicurezza di questa tecnica e sul miglioramento del controllo dell'energia ultrasonica, i ricercatori hanno sviluppato diversi dispositivi che usano ultrasuoni focalizzati per aprire la barriera emato-encefalica per il trattamento. Sono in corso studi clinici che testano la capacità di questi dispositivi di somministrare farmaci al cervello per trattare condizioni come il glioblastoma, le metastasi cerebrali e l'Alzheimer.

Parallelamente, per numerose malattie cerebrali sono stati compiuti progressi significativi nello sviluppo di terapie geniche, che prevedono la riparazione o la sostituzione di materiale genetico difettoso per trattare una malattia specifica. L’applicazione della terapia genica al cervello è particolarmente impegnativa perché tali terapie in genere non attraversano la barriera emato-encefalica.

Studi sugli animali hanno dimostrato che l’uso degli ultrasuoni focalizzati per aprire la barriera emato-encefalica può facilitare la somministrazione di terapie geniche ai bersagli previsti nel cervello, aprendo le porte alla sperimentazione di questa tecnica sulle persone.

Stimolare le risposte immunitarie contro il cancro

L’immunoterapia contro il cancro istruisce il sistema immunitario del paziente a combattere la malattia. Tuttavia, molti pazienti – soprattutto quelli affetti da cancro al seno, cancro al pancreas e glioblastoma – hanno tumori immunologicamente 'freddi', nel senso che non rispondono alle immunoterapie tradizionali.

I ricercatori hanno imparato che gli ultrasuoni focalizzati possono distruggere i tumori solidi in modi che consentono al sistema immunitario di riconoscere e distruggere meglio le cellule tumorali. Un modo in cui gli ultrasuoni focalizzati riescono a farlo è trasformando i tumori in detriti che poi fluiscono letteralmente verso i linfonodi. Una volta che le cellule immunitarie nei linfonodi incontrano questi detriti, possono avviare una risposta immunitaria specifica contro il cancro.

Ispirata da queste scoperte, nel 2022 l’Università della Virginia ha avviato il primo centro immuno-oncologico al mondo concentrato sugli ultrasuoni per sostenere la ricerca in quest’area e promuovere gli approcci più promettenti alla clinica. Ad esempio, i miei colleghi stanno conducendo una sperimentazione clinica nel centro per testare l’uso degli ultrasuoni focalizzati e dell’immunoterapia per trattare pazienti con melanoma avanzato.

Trattare le malattie rare con gli ultrasuoni focalizzati

La ricerca sugli ultrasuoni focalizzati si è concentrata principalmente sulle malattie più devastanti e diffuse, come il cancro e l'Alzheimer. Tuttavia, credo che ulteriori sviluppi e un maggiore utilizzo degli ultrasuoni focalizzati in clinica alla fine andranno a beneficio dei pazienti affetti da malattie rare. Una di queste, di particolare interesse per il mio laboratorio, è la malformazione cavernosa cerebrale (CCM). Le CCM sono lesioni cerebrali che si verificano quando le cellule che compongono i vasi sanguigni subiscono una crescita incontrollata.

Sebbene non comuni, quando queste lesioni crescono e c'è un'emorragia, possono causare sintomi neurologici debilitanti. Il trattamento più comune per la CCM è la rimozione chirurgica delle lesioni cerebrali; però alcune CCM si trovano in aree del cervello di difficile accesso, creando il rischio di effetti collaterali. La radioterapia è un’altra opzione terapeutica, ma anch’essa può portare a gravi effetti avversi.

Abbiamo scoperto che usare gli ultrasuoni focalizzati per aprire la barriera emato-encefalica può migliorare la consegna dei farmaci alle CCM. Inoltre, abbiamo anche osservato che il trattamento con ultrasuoni focalizzati stesso potrebbe impedire la crescita delle CCM nei topi, anche senza somministrare un farmaco. Sebbene non comprendiamo ancora come gli ultrasuoni focalizzati possano stabilizzare le CCM, numerose ricerche sulla sicurezza dell’uso di questa tecnica in pazienti trattati per altre condizioni hanno consentito ai neurochirurghi di iniziare a progettare studi clinici per testare l’uso di questa tecnica su persone con CCM.

Con ulteriori ricerche e progressi, spero che gli ultrasuoni focalizzati possano diventare una valida opzione terapeutica per molte malattie rare devastanti.