Obtener ondas de sonido terapéuticas a través de cráneos gruesos

El material de implante de cerámica ampliará el uso de ultrasonido para tratar trastornos cerebrales y cánceres

La cirugía cerebral con ultrasonido tiene un enorme potencial para el tratamiento de enfermedades neurológicas y cánceres, pero hacer que las ondas sonoras terapéuticas atraviesen el cráneo y lleguen al cerebro no es tarea fácil. Para abordar este problema, un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un implante craneal similar a una ventana a través del cual los médicos pueden administrar tratamientos de ultrasonido a pedido y de forma recurrente, sin tener que realizar craneotomías repetidas, que son procedimientos altamente invasivos que se utilizan para acceder al cerebro. .

El nuevo implante se basa en el trabajo realizado a través del proyecto internacional e interdisciplinario ‘ Window to the Brain’ , un esfuerzo dirigido por la Universidad de California Riverside en asociación con la Universidad de California en San Diego y tres instituciones de investigación en México. El trabajo fue publicado el 2 de agosto en la revista  Advanced Healthcare Materials .

El ultrasonido, ondas de sonido que tienen una frecuencia más alta que las audibles para los humanos, se puede usar para tratar una variedad de trastornos cerebrales, incluidas las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. El ultrasonido también se puede usar para matar células cancerosas, disolver coágulos de sangre durante un accidente cerebrovascular y abrir la barrera hematoencefálica para mejorar la administración de medicamentos.

Sin embargo, el cráneo humano, llamado cráneo, tiene entre 2 y 8 milímetros de grosor y es relativamente denso, lo que significa que la mayoría de las ondas sonoras se reflejan o absorben antes de llegar al cerebro.

Para ayudar a los médicos a enviar ondas de sonido terapéuticas al cerebro, los investigadores desarrollaron y probaron un material cerámico transparente que podría usarse para reemplazar una parte del cráneo y que permite una transmisión fácil y dirigida de ondas de ultrasonido al cerebro. El material, que es una nueva variación del material cerámico Itria Stabilized Zirconia (YSZ), no es poroso, lo que permite el paso de ondas de ultrasonido de baja intensidad no focalizadas.

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El equipo desarrolló previamente un implante craneal YSZ para administrar terapias basadas en láser en el cerebro; esta versión ya se encuentra en  ensayos preclínicos , y el material del implante actual podría usarse para administrar tratamientos basados ​​en ultrasonido y láser.

Los materiales cerámicos son muy prometedores porque son biocompatibles, extremadamente duros y resistentes a los golpes, lo que los hace ideales para los implantes.

“Estos materiales ya se están utilizando en coronas dentales y reemplazos de cadera, y nuestro equipo está trabajando para extender su aplicación al diagnóstico y tratamiento de una amplia variedad de patologías cerebrales y trastornos neurológicos”, dijo Guillermo Aguilar, profesor y catedrático de ingeniería mecánica. en la Facultad de Ingeniería de UC Riverside Bourns y coautor principal del estudio.

“Desarrollar un implante craneal transparente ópticamente y de radiofrecuencia ya fue un logro emocionante, y seguimos trabajando para hacer realidad este implante. Ahora, probar que el ultrasonido puede transmitirse a través del implante podría expandir aún más sus capacidades terapéuticas”.

“Nuestros hallazgos posiblemente puedan ampliar la aplicación de la zirconia, un material que a veces se denomina ‘acero de la cerámica’ debido a su versatilidad”, dijo Javier E. Garay, profesor de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs, quien co -Dirigió el trabajo con Aguilar.

“Es importante apreciar que la zirconia que desarrollamos funciona bien para esta aplicación porque la diseñamos para que tenga una porosidad baja. La porosidad, un defecto común en la cerámica producida por métodos tradicionales, deteriora significativamente la transmisión de ultrasonido como mostramos en este artículo”.

Título del artículo: “Nuevos implantes craneales de circonio estabilizado con itria como ventana acústica para la terapia cerebral ultrasónica”. Además de Aguilar y Garay, los colaboradores son: Mario Gutiérrez, investigador postdoctoral en el grupo de Aguilar durante este proyecto, y ahora investigador del CONACYT en el Instituto Nacional de Rehabilitación en el artículo; los profesores Lorenzo Leija y Arturo Vera, investigadores del Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados (CINVESTAV) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) en la Ciudad de México; y Elias Penilla, investigador postdoctoral en UC San Diego que completó el trabajo como estudiante de posgrado en UC Riverside.

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La Oficina de Comercialización de Tecnología de UC Riverside ha presentado una solicitud de patente para las invenciones anteriores.

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