Distribuzione di farmaci con precisione millimetrica al cervello

Le onde ultrasoniche mirate aiutano i ricercatori a fornire farmaci al cervello con precisione millimetrica, in altre parole solo dove si desidera il loro effetto.

Questo metodo è impostato per consentire il trattamento di disturbi psichiatrici e neurologici e tumori con minori effetti collaterali in futuro.I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un metodo per concentrare e rilasciare farmaci nel cervello con estrema precisione. Ciò potrebbe rendere possibile in futuro la somministrazione di farmaci psichiatrici e antitumorali e altri farmaci solo a quelle regioni del cervello in cui ciò è clinicamente desiderabile.

Oggi questo è praticamente impossibile: i farmaci che viaggiano attraverso il flusso sanguigno raggiungono l'intero cervello e il corpo, il che in alcuni casi causa effetti collaterali.

Il nuovo metodo è non invasivo, con un'erogazione precisa del farmaco nel cervello controllata dall'esterno della testa mediante ultrasuoni. Mehmet Fatih Yanik, professore di neurotecnologia, e il suo team di scienziati hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature Communications.

Per impedire che un farmaco agisca su tutto il cervello e il corpo, il nuovo metodo coinvolge speciali trasportatori di farmaci che avvolgono i farmaci in vescicole lipidiche sferiche attaccate a microbolle sensibili agli ultrasuoni contenenti gas.

Questi vengono iniettati nel flusso sanguigno, che li trasporta al cervello. Successivamente, gli scienziati utilizzano onde ultrasoniche focalizzate in un processo a due fasi.

L'ecografia focalizzata è già impiegata in oncologia per distruggere il tessuto canceroso in punti del corpo ben definiti. Nella nuova invenzione, tuttavia, gli scienziati lavorano con livelli di energia molto più bassi, che non danneggiano il tessuto.

Intrappolare farmaci con onde sonore

Nella prima fase, gli scienziati usano onde ultrasoniche a bassa energia per indurre i trasportatori di farmaci ad aggregarsi nel sito desiderato all'interno del cervello.

"Quello che stiamo facendo è utilizzare impulsi di ultrasuoni essenzialmente per creare una gabbia virtuale dalle onde sonore intorno al sito desiderato. Mentre il sangue circola, fa scorrere i trasportatori di farmaci attraverso l'intero cervello. Ma quelli che entrano nella gabbia non possono torna indietro ", spiega Yanik.

Nella seconda fase, i ricercatori utilizzano un livello più elevato di energia ultrasonica per far vibrare i trasportatori di farmaci in questo sito. Le forze di taglio distruggono le membrane lipidiche attorno ai farmaci, rilasciando le sostanze per essere assorbite dal tessuto nervoso presente nel sito.

I ricercatori hanno dimostrato l'efficacia del nuovo metodo in esperimenti sui ratti. Per prima cosa hanno incapsulato un farmaco neuroinibitore nei carriers del farmaco.

Quindi, utilizzando la nuova tecnica, hanno bloccato con successo una specifica rete neurale che collega due aree del cervello. Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare negli esperimenti che solo questa particolare parte della rete neuronale era bloccata e che il farmaco non agiva sull'intero cervello.

Distribuzione dei farmaci più efficiente

"Poiché il nostro metodo aggrega i farmaci nel sito nel cervello in cui si desidera il loro effetto, non abbiamo bisogno di una dose così alta", dice Yanik. Nei loro esperimenti sui ratti, ad esempio, la quantità di farmaco che hanno usato era 1.300 volte inferiore alla dose tipica necessaria.

Altri gruppi di ricerca hanno già provato a utilizzare gli ultrasuoni focalizzati per migliorare la somministrazione di farmaci a specifiche regioni del cervello.

Tuttavia, questi approcci non potevano intrappolare e concentrare i farmaci a livello locale e si basavano invece sul causare danni locali alle cellule dei vasi sanguigni al fine di aumentare il trasporto dei farmaci dal sangue al tessuto nervoso con conseguenze dannose potenzialmente a lungo termine.

"Nel nostro approccio, la barriera fisiologica tra il flusso sanguigno e il tessuto nervoso rimane intatta", dice Yanik.

Gli scienziati stanno attualmente testando l'efficacia del loro metodo in modelli animali di malattia mentale, ad esempio per ridurre l'ansia, i disturbi neurologici e per colpire i tumori cerebrali letali che sono chirurgicamente inaccessibili.

Una volta che la sua efficacia e i suoi vantaggi saranno stati confermati negli animali, i ricercatori saranno in grado di far avanzare l'applicazione del metodo per alleviare la sofferenza negli esseri umani.

Questo progetto è stato finanziato nell'ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea.

 

Reference:

• Mehmet S. Ozdas, Aagam S. Shah, Paul M. Johnson, Nisheet Patel, Markus Marks, Tansel Baran Yasar, Urs Stalder, Laurent Bigler, Wolfger von der Behrens, Shashank R. Sirsi, Mehmet Fatih Yanik. Non-invasive molecularly-specific millimeter-resolution manipulation of brain circuits by ultrasound-mediated aggregation and uncaging of drug carriers. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-18059-7

 

 

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