El dispositivo desarrollado por el equipo del MIT puede usarse para administrar localmente en el cerebro pequeñas dosis de uno o más fármacos. [M. Scott Brauer / MIT]
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Párkinson
El párkinson es, tras el alzhéimer, la enfermedad neurodegenerativa más frecuente en nuestras sociedades. Y el progresivo envejecimiento de la población hace pensar que su incidencia aumentará de manera espectacular en los próximos años. ¿Qué causa esta dolencia? ¿Qué avances se están logrando en su tratamiento? Este monográfico digital (en PDF) recoge nuestros mejores artículos sobre la investigación de esta patología, por ahora, crónica.
Anne Trafton / MIT News Office
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) han ideado un sistema miniaturizado que permite suministrar diminutas cantidades de ciertos medicamentos en regiones del cerebro de un milímetro cúbico de volumen. Este tipo de administración posibilitaría el tratamiento de enfermedades que afectan a circuitos muy específicos del cerebro sin interferir en el funcionamiento del resto del órgano.
Utilizando este dispositivo, que consiste en varios tubos contenidos dentro de una aguja tan fina como un cabello humano, los investigadores pueden suministrar uno o más fármacos en lo más profundo del cerebro. Además, controlan con mucha precisión la dosis y el lugar de la administración. En un estudio con ratas, observaron que podían proporcionar una dosis concreta de un fármaco que modifica la función motora del animal.
«Podemos introducir cantidades muy pequeñas de múltiples medicamentos, si lo comparamos con las cantidades que se proporcionan por vía intravenosa u oral, y también podemos inducir cambios de comportamiento», comenta Canan Dagdevires, profesora del MIT y primera autora del artículo, publicado en Science Translational Medicine.
«Creemos que este pequeño dispositivo microfabricado podría tener un impacto tremendo en el conocimiento de enfermedades del cerebro, además de aportar nuevas maneras de administrar biomedicamentos y de llevar a cabo biodetección en el cerebro», añade Robert Langer, profesor en la misma institución que Dagdevires y uno de los autores principales del artículo.
Acción dirigida
Los fármacos que se utilizan en el tratamiento de trastornos del cerebro actúan sobre unas sustancias llamadas neurotransmisores o sobre los receptores celulares que interactúan con dichas sustancias. Algunos ejemplos son la levodopa, un precursor de la dopamina usado en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, y la fluoxetina, utilizada para aumentar los niveles de serotonina en pacientes que sufren depresión. Aun así, estas sustancias pueden tener efectos secundarios, ya que intervienen en todo el cerebro.
«Uno de los problemas con los fármacos que operan sobre el sistema nervioso central es que no son específicos y, si se toman oralmente, van a parar a todas partes. La única manera de limitar la exposición es administrando el medicamento a un volumen de un centímetro cúbico de cerebro. Para conseguirlo, se necesita una cánula extremadamente pequeña», comenta Michael Cima, profesor de ingeniería en el Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería, miembro del Instituto de Investigación Integrativa de Cáncer, y otro de los autores principales del artículo.
El equipo del MIT desarrolló una cánula miniaturizada (un tubo pequeño utilizado para administrar medicamentos) que permitía llegar a regiones muy específicas. A partir de técnicas de microfabricación, los investigadores construyeron unos tubos de 30 micrómetros de diámetro y de hasta 10 centímetros de longitud. Estos tubos estaban contenidos en una aguja de acero inoxidable con un diámetro de aproximadamente 150 micrómetros. «El dispositivo es muy estable y robusto, y puede introducirse donde interese», esclarece Dagdeviren.
Los investigadores conectaron las cánulas a pequeñas bombas que pueden implantarse bajo la piel. Usando estas bombas, demostraron que podían administrar pequeñas dosis (centenares de nanolitros) en el cerebro de las ratas. En un experimento, lograron introducir un fármaco llamado muscimol en la sustancia negra, una región localizada en lo profundo del cerebro que ayuda al control del movimiento.
Estudios anteriores habían demostrado que el muscimol induce síntomas similares a los que provoca el párkinson. Con su aguja miniaturizada, los investigadores consiguieron generar estos efectos, incluida la estimulación de las ratas para que giraran continuamente en sentido horario. También observaron que podían detenerse los síntomas administrando una dosis de solución salina para limpiar la región de muscimol.
«Puesto que el dispositivo es personalizable, en un futuro podemos tener diferentes canales con diferentes sustancias, o con un haz de luz, para atacar tumores o trastornos neurológicos como el párkinson o el alzhéimer, comenta Dagdeviren.
El dispositivo también podría proporcionar nuevos tratamientos para los trastornos neurológicos del comportamiento, como la adicción o el trastorno obsesivo-compulsivo, que podrían estar causados por alteraciones específicas en la comunicación que se da entre diferentes partes del cerebro.
«Aunque los científicos y los médicos hayan identificado una molécula terapéutica que sirva para tratar trastornos neuronales, el problema de cómo proporcionarla a las células correctas (aquellas más afectadas por el trastorno) sigue presente. Debido a la complejidad estructural del cerebro, se necesitan urgentemente nuevas vías de administración local de fármacos», explica Ann Draybiel, profesora del MIT y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, además de autora del artículo.
Medir la respuesta al fármaco
Los investigadores también han manifestado que podría incorporarse un electrodo en el extremo de la cánula para monitorizar los cambios en la actividad eléctrica de las neuronas después del tratamiento. Ahora, están trabajando en adaptar el dispositivo para que también pueda medir cambios químicos o mecánicos.
Las cánulas pueden fabricarse de prácticamente cualquier longitud y espesor, lo que hace posible la adaptación del sistema a cerebros de distintos tamaños, incluido el del ser humano, según los autores.
Según Antonio Chiocca, neurocirujano jefe y presidente del Departamento de Neurocirugía del Hospital Brigham y de Mujeres, en Boston, que no participó en la investigación, «el estudio proporciona pruebas preliminares de que, en animales grandes, un dispositivo miniaturizado puede implantarse de forma segura en el cerebro. De esta manera puede controlarse la actividad eléctrica y funcional de neuronas por separado o en grupos. Estos avances podrían tener una repercusión notable para enfermedades muy locales del cerebro, como el párkinson».
Artículo traducido por Investigación y Ciencia con el permiso de MIT News.
Referencia: «Miniaturized neural system for chronic, local intracerebral drug delivery». Canan Dagdeviren et al. en Science Translational Medicine, vol. 10, n.º 425, eean2742, 24 de enero de 2018.
