Estudio paramétrico de la propagación transcraneal de un haz ultrasónico para la apertura de la barrera hematoencefálica

Abstract

El principal impedimento para lograr la administración de fármacos en el interior del sistema nervioso central (SNC) es lograr que las moléculas terapéuticas atraviesen el tejido endotelial debido a la barrera hematoencefálica, la cual rechaza moléculas con una masa superior a 500 Dalton, como pueden ser los medicamentos utilizados en las investigaciones de enfermedades como el Párkinson o el Alzhéimer. En los últimos años se viene desarrollando una prometedora técnica ultrasónica que consigue la disrupción de la barrera de forma localizada, transitoria, no invasiva y segura. Esta técnica combina el empleo de un haz de ultrasonidos focalizados con el uso de microburbujas para transferir los activos desde el torrente sanguíneo hasta el interior del sistema nervioso central. Sin embargo, la propagación de ondas acústicas a través de los tejidos óseos del cráneo presenta serios inconvenientes que inciden negativamente en el control de la zona bajo terapia, como la generación de aberraciones del foco acústico.,. En el presente trabajo, se ha modelado la propagación de las ondas acústicas mediante métodos computacionales, donde las características espaciales de los diferentes tejidos biológicos involucrados se han extraído a partir de imágenes por tomografía axial computarizada de primates (Macaca Mulatta). De esta manera se estudian paramétricamente los cambios en las propiedades del campo acústico en función de la incidencia del haz ultrasónico, lo que permite un mayor control de la localización en el área bajo tratamiento sometida a la terapia ultrasónica

The principal impediment to drug delivery into the central nervous system (CNS) is that the endothelial tissues block the way to the molecules bigger than 500 Dalton, such as medicaments used in therapy research for Alzheimer or Parkinson diseases. In recent years, a promising ultrasound technique has been developed in order to perform the Blood-Brain Barrier (BBB) disruption in a localized, transient, noninvasive and safe way. This technique employs a focused ultrasound beam and micro-bubbles (ultrasound contrast agents) for disrupt the tight junctions of the endothelium tissue, achieving the therapeutic molecules pass to the capillary bloodstream to the CNS tissues. However, the propagation of acoustic waves through bone tissue exhibits serious drawbacks, generating focal aberrations in the focal area that adversely affect the control of the area under therapy. In the present work the acoustic propagation has been modeled by means of time-domain computational techniques, where tissue inhomogeneities have been extracted from a primate (Macaca mulatta) CT scans. Thus, here we present a parametric study of the focused ultrasound beam properties as a function of the beam incidence variables. This result provides better control and optimization of the targeting of the tissues treated by this technique.