Investigadores del <a href="https://web.mit.edu/" title="Instituto Tecnológico de Massachusetts" alt="Instituto Tecnológico de Massachusetts" target="_blank">Instituto Tecnológico de Massachusetts</a> (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han ideado un sistema miniaturizado que puede administrar pequeñas cantidades de medicamentos a regiones cerebrales tan pequeñas como 1 milímetro cúbico.
Este tipo de dosificación específica podría permitir el tratamiento de enfermedades que afectan a circuitos cerebrales muy específicos, sin interferir con la función normal del resto del cerebro, dicen los investigadores.
Usando este dispositivo, que consiste en varios tubos contenidos en una aguja tan delgada como un cabello humano, los científicos pueden administrar uno o más medicamentos en las profundidades del cerebro, con un control muy preciso sobre la cantidad de fármaco que se administra y hacia dónde va. En un estudio de ratas, descubrieron que podían suministrar dosis específicas de un medicamento que afecta a la función motora de los animales.
"Podemos infundir cantidades muy pequeñas de medicamentos múltiples en comparación con lo que podemos hacer por vía intravenosa u oral, y también manipular los cambios conductuales a través de la infusión de medicamentos", explica el profesor asistente de Desarrollo de LG Electronics, Canan Dagdeviren, autor principal del documento sobre este dispositivo, que aparece en la edición de este miércoles de Science Translational Medicine. "Creemos que este pequeño dispositivo microfabricado podría tener un tremendo impacto en la comprensión de las enfermedades cerebrales, así como proporcionar nuevas formas de entrega de productos biofarmacéuticos y realizar biosensores en el cerebro", añade otro de los investigadores principales de este artilugio, Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT.
Los medicamentos que se usan para tratar los trastornos cerebrales a menudo interactúan con sustancias químicas cerebrales llamadas neurotransmisores o los receptores celulares que interactúan con los neurotransmisores. Algunos ejemplos de ellos son l-dopa, un precursor de dopamina usado para tratar la enfermedad de Parkinson, y Prozac, utilizado para elevar los niveles de serotonina en pacientes con depresión. Sin embargo, estos fármacos pueden tener efectos secundarios porque actúan en todo el cerebro. "Uno de los problemas con los medicamentos para el sistema nervioso central es que no son específicos, y si se toman por vía oral, van a todas partes. La única forma en la cual podemos limitar la exposición es administrarlos a un milímetro cúbico del cerebro, y para hacer eso, hay tener cánulas extremadamente pequeñas", señala el coautor Michael Cima, profesor de Ingeniería en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT.
El equipo del MIT se propuso desarrollar una cánula miniaturizada (un tubo delgado usado para administrar medicamentos) que podría apuntar a áreas muy pequeñas. Usando técnicas de microfabricación, los investigadores construyeron tubos con diámetros de aproximadamente 30 micrómetros y longitudes de hasta 10 centímetros contenidos dentro de una aguja de acero inoxidable con un diámetro de aproximadamente 150 micras. "El dispositivo es muy estable y robusto, y puede colocarse en cualquier lugar que interese", dice Dagdeviren.
Los investigadores conectaron las cánulas a pequeñas bombas que se pueden implantar debajo de la piel. Usando estas bombas, los autores demostraron que podían administrar pequeñas dosis (cientos de nanolitros) en el cerebro de ratas. En un experimento, administraron un medicamento llamado muscimol a una región del cerebro llamada sustancia negra, que se encuentra en las profundidades del cerebro y ayuda a controlar el movimiento.
Estudios previos han demostrado que el muscimol induce síntomas similares a los observados en la enfermedad de Parkinson. Los investigadores lograron generar esos efectos, como estimular a las ratas a que giren continuamente en el sentido de las agujas del reloj, usando su aguja de suministro en miniatura. También demostraron que podían detener el comportamiento parkinsoniano al administrar una dosis de solución salina a través de un canal diferente, para eliminar el fármaco. "Dado que el dispositivo puede adaptarse a cada persona, en el futuro podemos tener diferentes canales para distintas sustancias químicas, o para la luz, para atacar tumores o trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson o la patología de Alzheimer", augura Dagdeviren.
Este dispositivo también podría facilitar el suministro de nuevos tratamientos potenciales para los trastornos neurológicos conductuales, como la adicción o el trastorno obsesivo compulsivo, que pueden ser causados por interrupciones específicas en la forma en que las diferentes partes del cerebro se comunican entre sí. "Incluso si los científicos y los médicos pueden identificar una molécula terapéutica para tratar los trastornos neuronales, sigue existiendo el formidable problema de cómo administrar la terapia a las células correctas, las más afectadas en el trastorno. Debido a que el cerebro es estructuralmente complejo, de nuevo se necesitan con urgencia formas de administrar medicamentos o agentes terapéuticos relacionados a nivel local", añade la también autora del artículo Ann Graybiel, profesora del Instituto MIT y miembro del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT.
Los investigadores también demostraron que podrían incorporar un electrodo en la punta de la cánula, que se puede usar para monitorizar cómo cambia la actividad eléctrica de las neuronas después del tratamiento con medicamentos. Ahora están trabajando en la adaptación del dispositivo para que también se pueda usar para medir los cambios químicos o mecánicos que ocurren en el cerebro tras el tratamiento con medicamentos. Las cánulas se pueden fabricar en casi cualquier longitud o grosor, lo que permite adaptarlas para su uso en cerebros de diferentes tamaños, incluido el cerebro humano, según los investigadores.
