Ultrasuoni focalizzati guidati da risonanza magnetica.

I ricercatori della University of Virginia stanno sperimentando l'uso di ultrasuoni focalizzati per sfidare la barriera protettiva del cervello, in modo che i medici possano, finalmente, portare molti trattamenti direttamente nel cervello per combattere le malattie neurologiche.

L'approccio, sperano i ricercatori, potrebbe rivoluzionare il trattamento di condizioni che vanno dall'Alzheimer all'epilessia ai tumori al cervello, e contribuire anche a riparare i danni devastanti causati dall'ictus.

Richard J. Price PhD, della facoltà di medicina e di ingegneria dell'UVA, sta usando onde sonore mirate per superare la “barriera emato-encefalica” naturale, che protegge il cervello da agenti patogeni nocivi. Il suo approccio mira alla violazione della barriera solo dove serve, e solo quando necessario, e quindi introdurre i trattamenti in modo preciso.

“La barriera emato-encefalica è una delle difficoltà più grandi, se non la più grande, per somministrare farmaci al sistema nervoso centrale”, ha spiegato Price. “L'evoluzione ci ha dato questa barriera perché il sistema nervoso centrale deve essere protetto. Il problema è che ora vogliamo portare qualcosa a quelle cellule e l'evoluzione ha avuto milioni e milioni di anni per ottimizzare una soluzione per impedirlo. ... Così sto cercando di aggirare la biologia con la fisica”.

La potenza degli ultrasuoni focalizzati

Gli ultrasuoni focalizzati concentrano le onde sonore all'interno del cervello come una lente di ingrandimento concentra la luce, lasciando che i medici manipolino il tessuto senza forare il cranio. La risonanza magnetica (MRI), nel frattempo, permette loro di guardare ciò che accade all'interno del cervello in tempo reale.

Mentre Price, ingegnere biomedico, sta sviluppando le sue tecniche in laboratorio, i medici stanno già usando la tecnologia per trattare condizioni come il tremore del Parkinson. Price si meraviglia della specificità del metodo:

“Con la risonanza magnetica, possiamo guardare il bersaglio, che si tratti di un tumore al cervello o di una parte del cervello sulla quale vogliamo fare terapia genica, e possiamo sceglierla, possiamo effettivamente fare un piano di trattamento e dire: vogliamo solo aprire la barriera lì. Il restante 95% del cervello, non lo tocchiamo nemmeno.

“Quindi, quando applichiamo gli ultrasuoni focalizzati, aprono la barriera per alcune ore. Ci permette di finire la terapia genica, e poi si chiude naturalmente“.

Fornire terapia genica

La terapia genica introdotta tramite gli ultrasuoni focalizzati dovrebbe essenzialmente riprogrammare le cellule difettose. Per i tumori cerebrali, Price sta esplorando le potenzialità dell'uso degli ultrasuoni focalizzati per erogare la terapia genica tramite “nanoparticelle profondamente penetranti".

Le nanoparticelle, realizzate da collaboratori di Price della Johns Hopkins University, “sono progettate specificamente per penetrare molto bene nel tessuto”, ha detto. Il problema è portarle dove è necessario, spesso profondamente all'interno del cervello, e Price dice che gli ultrasuoni focalizzati sono la risposta. La sua soluzione è usare le onde sonore mirate per aprire spazi tra le cellule nel tessuto.

“Se non riesci ad arrivare al neurone lontano 50 micron, non è utile”, ha detto. “Quindi, diventa un problema di ingegneria del trasporto”.

Price ha scoperto che, oltre a fornire la terapia, gli ultrasuoni focalizzati possono 'precondizionare' il tessuto mirato per migliorare fino a cinque volte l'efficacia della consegna del gene. Il precondizionamento rappresenta una “strategia semplice ed efficace” per aumentare i benefici delle nanoparticelle, come lui e i suoi colleghi hanno riferito in un articolo scientifico.

Migliorare le conseguenze degli ictus

Per l'ictus, una condizione che è spesso debilitante quando non è mortale, Price mira ad aiutare il cervello ad auto-guarirsi. Lo farebbe usando gli ultrasuoni focalizzati per mettere “molecole autoguidanti” nelle aree danneggiate, per reclutare cellule staminali neurali e fare la riparazione.

Per questo, il suo gruppo ha sviluppato una tecnica innovativa chiamata 'trasfezione sonoselettiva' (sonoselective transfection) che evita l'apertura della barriera ematoencefalica nel cervello, se è già compromessa.

“Con l'ictus, c'è un grande sforzo per cercare di salvare più tessuto neurale possibile, facendo cose come la terapia genica”, ha detto. “Nel nostro laboratorio, abbiamo pensato, beh, forse siamo in grado di fornire il giusto trattamento alle cellule che ne hanno bisogno, senza violare la barriera emato-encefalica. E i miei studenti hanno fondamentalmente capito come fare”.

Quella nozione di aiutare il corpo a guarire se stesso, di usare gli ultrasuoni focalizzati per attivare una risposta immunitaria, potrebbe essere utile in trattamenti anche contro il cancro:

“Vorremmo essere in grado di mettere qualcosa in quelle cellule tumorali che poi permetterà loro di cominciare a reclutare le cellule immunitarie nel tumore. Abbiamo molte evidenze che siamo in grado di fare alcune cose interessanti con gli ultrasuoni focalizzati, rispetto al paesaggio interno di quei tumori”.

Price sottolinea che il suo lavoro è ancora allo stadio iniziale, ma lui è entusiasta di creare nuove tecniche che potrebbero cambiare il numero di malattie gravi che vengono trattate in un futuro non troppo lontano.

“Abbiamo avuto buoni risultati [con la ricerca] finora. Ma quello che mi entusiasma, come ingegnere, sono tutti questi strumenti che abbiamo prodotto“, ha detto. “È possibile usare questi strumenti per tutte quelle applicazioni diverse. Pensiamo che ci siano molte possibilità davvero entusiasmanti”.

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