Magnetos y nanopartículas para la estimulación cerebral profunda

Una nueva técnica podría conducir a una estimulación localizada de larga duración del tejido cerebral, sin conexiones externas.

Investigadores del MIT han desarrollado un método para estimular el tejido cerebral usando campos magnéticos externos y nanopartículas magnéticas inyectadas, una técnica que permite la estimulación directa de las neuronas, lo que podría ser un tratamiento eficaz para una variedad de enfermedades neurológicas, sin la necesidad de implantes o conexiones externas.

La investigación, llevada a cabo por Polina Anikeeva, profesora asistente de ciencias de los materiales e ingeniería, estudiante de posgrado de Ritchie Chen, y otras tres personas, se ha publicado en la revista Science.

Los esfuerzos previos para estimular el cerebro mediante impulsos eléctricos han demostrado ser eficaces para reducir o eliminar los temblores asociados con la enfermedad de Parkinson, pero el tratamiento se ha mantenido como un último recurso, ya que requiere la implantación invasiva de cables que se conectan a una fuente de alimentación fuera del cerebro.

"En el futuro, nuestra técnica puede proporcionar un medio libre de implantes para proporcionar estimulación cerebral y mapeo cerebral", dice Anikeeva.

En su estudio, el equipo inyecta partículas magnéticas de óxido de hierro de sólo 22 nanómetros de diámetro en el cerebro. Cuando se exponen a un campo magnético alterno externo, que puede penetrar profundamente en el interior de los tejidos biológicos, estas partículas se calientan rápidamente.

El aumento de la temperatura local resultante puede conducir entonces a la activación neuronal mediante la activación de los receptores de capsaicina sensibles al calor, las mismas proteínas que el cuerpo utiliza para detectar tanto el calor real como el "calor" de los alimentos picantes. (La capsaicina es la sustancia química que da a los pimientos picantes su sabor ardiente.) El equipo de Anikeeva utiliza la aplicación de genes viral para inducir la sensibilidad al calor en neuronas seleccionadas en el cerebro.

Las partículas, que no tienen prácticamente ninguna interacción con los tejidos biológicos excepto cuando se calientan, tienden a permanecer donde están ubicadas, lo que permite el tratamiento a largo plazo sin la necesidad de procedimientos más invasivos.

"Las nanopartículas se integran en el tejido y permanecen en gran parte intactas", dice Anikeeva. "Entonces, esa región se puede estimular a voluntad mediante la aplicación externa de un campo magnético alterno. El objetivo para nosotros era averiguar si podíamos aplicar estímulos al sistema nervioso de forma inalámbrica y no invasiva".

El nuevo trabajo ha demostrado que el enfoque es factible, pero aún queda mucho trabajo para convertir esta prueba de concepto en un método práctico para la investigación sobre el cerebro o el tratamiento clínico.

El uso de campos magnéticos y las partículas inyectadas ha sido un área activa de investigación del cáncer; la idea es que este enfoque podría destruir las células cancerosas mediante el calentamiento de ellas. "La nueva técnica se deriva, en parte, de que esa investigación", dice Anikeeva. "Al calibrar la dosis térmica suministrada, podemos excitar las neuronas sin matarlas. Las nanopartículas magnéticas también se han utilizado durante décadas como agentes de contraste en imágenes por resonancia magnética, por lo que son consideradas relativamente seguras en el cuerpo humano".

El equipo desarrolló maneras de hacer las partículas con tamaños y formas controladas de manera precisa, con el fin de maximizar su interacción con el campo magnético alterno aplicado. También desarrollaron dispositivos para suministrar el campo magnético aplicado: los dispositivos existentes para el tratamiento del cáncer - dirigidos a de producir un calentamiento mucho más intenso - eran demasiado grandes y poco eficientes energéticamente para esta aplicación.

El siguiente paso para desarrollar una tecnología práctica para su uso clínico en humanos "es entender mejor cómo nuestro método funciona a través de grabaciones neuronales y experimentos de comportamiento, y evaluar si existe cualquier otro efecto secundario en los tejidos de la zona afectada", explicó Anikeeva.

Se trata de "un enfoque totalmente nuevo para la estimulación profunda del cerebro", dice Bianxiao Cui, profesor asistente de química en la Universidad de Stanford, que no participó en esta investigación. "El nuevo método es significativo tanto en que se administra de modo relativamente más fácil como en que induce menos respuestas en el tejido cerebral, en comparación con la implantación de electrodos. Más importante aún, la estimulación podría ser controlada de forma remota, una característica muy atractiva para la estimulación cerebral profunda."

Fuentes: Neuroscience News, MIT News, Science