Un team di ricercatori dell’UPV e del CSIC ha sviluppato ologrammi acustici stampati in 3D che hanno la funzione di aprire la barriera ematoencefalica in modo selettivo, efficiente e altamente mirato, permettendo la somministrazione di terapie farmacologiche per il trattamento di patologie che colpiscono il sistema nervoso centrale.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica IEEE Transactions on Biomedical Engineering.
Ologrammi acustici stampati in 3D: ecco come funzionano
Francisco Camarena, ricercatore presso l’Institute of Instrumentation for Molecular Imaging, centro congiunto tra UPV e CSIC, ha spiegato che gli ultrasuoni focalizzati hanno un grande potenziale per curare le malattie neurologiche grazie alla loro capacità di generare effetti terapeutici in modo preciso e non invasivo : “Tuttavia, applicarli alle strutture del sistema nervoso centrale è complicato, a causa di due ostacoli: gli effetti di aberrazione e attenuazione del cranio e la complessa ed estesa distribuzione spaziale delle strutture profonde del cervello“, ha sottolineato lo scienziato.
Gli ologrammi acustici progettati dai ricercatori dell’UPV e del CSIC hanno la caratteristica di consentire un’apertura più controllata della barriera ematoencefalica rispetto a quella che si ottiene utilizzando esclusivamente gli ultrasuoni. Non solo, possono anche correggere le aberrazioni introdotte dal cranio. Allo stesso tempo, possono generare un raggio multifocale ultrasonico in strutture cerebrali particolarmente importanti.
“Grazie ai nostri ologrammi acustici, il fascio ultrasonico si concentra e si adatta bilateralmente e in modo molto preciso su parti del cervello di grande interesse terapeutico, come, ad esempio, i due nuclei composti dall’ippocampo, legati al morbo di Alzheimer, e che ha una bizzarra forma tridimensionale“, ha aggiunto Noé Jiménez, ricercatore di Juan de la Cierva presso l’UPV.
È la prima volta che la barriera ematoencefalica viene aperta contemporaneamente nei due emisferi. Inoltre, il team UPV-CSIC-Columbia University ha raggiunto questo obiettivo con una risoluzione di gran lunga superiore allo standard. Ciò consente di localizzare meglio l’area da trattare, riducendo al minimo il volume di tessuto cerebrale sano che viene preso di mira dagli ultrasuoni e contemporaneamente riducendo i costi e il tempo operativo.
Il trasduttore a ultrasuoni è come un altoparlante, ma vibra a mezzo milione di oscillazioni al secondo. Gli ologrammi acustici sono locati di fronte ad esso, ed è attraversato dall’onda. Allo stesso tempo, viene posto a contatto con il cranio un cono pieno d’acqua, attraverso il quale l’onda si propaga prima di raggiungere il cervello del paziente.
In un secondo step, l’onda passa attraverso il cervello, concentrandosi infine sull’area del cervello che deve essere trattata con terapie farmacologiche. Inoltre, le microbolle vengono inserite nel flusso sanguigno. Quando le bolle raggiungono i capillari cerebrali e coincidono con gli ultrasuoni, iniziano a vibrare. Il tessuto epiteliale della barriera ematoencefalica inizia a cedere ed è allora che si aprono piccole fessure, attraverso le quali passano le molecole dei farmaci per curare la patologia che colpisce il sistema nervoso centrale.
Gli ologrammi acustici vengono stampati, e personalizzati per ogni paziente, con una stampante 3D: “Ad esempio, supponiamo che il medico debba eseguire un’ecografia dell’amigdala del paziente. Per questo, ci fornirebbero una TAC e una risonanza magnetica della testa del paziente, su cui identificherebbero e segmentarebbero l’area di trattamento. Basato su su queste informazioni, progettiamo l’ologramma di cui abbiamo bisogno per ottenere l’ecografia della regione di interesse“, ha spiegato Sergio Jiménez, medico dell’UPV e attualmente nello staff del gruppo della Columbia University, che ha anche fatto notare il basso costo degli ologrammi, il cui il costo sarebbe compreso tra 40 e 300 euro, a seconda dell’applicazione medica.
Attualmente, il team di ricercatori dell’UPV, del CSIC e della Columbia University sta continuando a lavorare sulla degli ologrammi acustici utili ad aprire la barriera ematoencefalica, sperimentando la nuova tecnologia nei primati non umani. Il team sta progettando i primi protocolli per la sperimentazione nell’uomo per curare i tumori cerebrali ed eseguire studi di neurostimolazione cerebrale.
Per quanto riguarda una progettualità che interessa l’Alzheimer in Italia, il Sottosegretario di Stato alla Salute Andrea Costa, rispetto all’Alzheimer, ha dichiarato: “Negli ultimi anni numerose sono state le iniziative del Ministero della Salute a sostegno e tutela dei pazienti affetti da demenza, malattia che a oggi in Italia colpisce oltre 1,2 milioni di concittadini, più del 60% dei casi è rappresentato dall’Alzheimer. Nella legge di Bilancio 2021 è stato istituito nello stato di previsione del Ministero della Salute il “Fondo per l’Alzheimer e le demenze” con una dotazione di 5 milioni di euro per ciascuno degli anni 2021, 2022 e 2023″.
“L’obiettivo dello stanziamento consiste nel migliorare la protezione sociale delle persone affette da demenza e di garantire la diagnosi precoce e la presa in carico tempestiva delle persone con Alzheimer. Il fondo – ha proseguito Costa – è destinato al finanziamento delle linee di azione previste dalle regioni e dalle province autonome di Trento e di Bolzano in applicazione del Piano nazionale demenze, nonché al finanziamento di investimenti effettuati dalle regioni e dalle province autonome anche mediante l’acquisto di apparecchiature sanitarie, volto al potenziamento della diagnosi precoce, del trattamento e del monitoraggio dei pazienti con tale malattia, al fine di migliorarne il processo di presa in carico. Una risposta importante e necessaria per i soggetti fragili e le loro famiglie”.
Alessandro Padovani, direttore della Clinica Neurologica dell’Università degli Studi di Brescia, ha spiegato: “Porre diagnosi di AD molto prima che si sviluppino i primi segnali tipici della malattia è una delle maggiori sfide che attendono i sistemi sanitari del domani. Una diagnosi precoce assicura la possibilità di una presa in carico tempestiva e quindi un potenziale ritardo della progressione della malattia, con conseguente ottimizzazione delle risorse sanitarie e con un minor impatto sociale. Ecco perché è importante che la ricerca scientifica non si fermi e che si creino, oggi, le basi per la sostenibilità dei nuovi trattamenti che arriveranno in futuro“.
Nicola Vanacore, responsabile Osservatorio Nazionale Demenze ISS è intervenuto dicendo che: “Le priorità sono a nostro avviso quelle di rivedere l’organizzazione dei servizi dedicati alle demenze (CDCD, Centri Diurni e RSA) e concentrare le azioni sul tema della prevenzione, della diagnosi precoce e tempestiva, sulla telemedicina e tele-riabilitazione nonché sui trattamenti psico-educazionali, cognitivi e psicosociali. È dunque importante aggiornare il Piano Nazionale delle Demenze vigente”.
” L’insieme di queste attività sono incluse nel Fondo Demenze in corso di approvazione. Il Fondo rappresenta la più importante azione di sanità pubblica mai condotta nel nostro Paese e prevede un impegno e una collaborazione molto intensa tra tutte le istituzioni centrali (Ministero della Salute e ISS) e regionali”.
Infine, secondo econdo Mario Possenti, Segretario Generale Federazione Alzheimer Italia: “La demenza è una condizione complessa e altrettanto complesse e personalizzate devono essere le risposte che il nostro sistema sanitario e di welfare deve dare. Creazione di una rete assistenziale uniforme sul territorio italiano, lotta allo stigma, costituzione di iniziative “dementia friendly” e supporto ai caregiver sono solo alcune delle priorità non differibili“.