Somministrare farmaci al cervello con precisione millimetrica

I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un metodo che può essere utilizzato per rilasciare farmaci nel cervello con una precisione millimetrica. In futuro, ciò potrebbe rendere possibile la somministrazione di psicofarmaci, chemioterapici e altri farmaci solo nelle regioni del cervello in cui ciò è desiderato per motivi medici.

Oggi questo è praticamente impossibile: i farmaci raggiungono l'intero cervello e l'organismo Chi siamo attraverso il sangue, che in alcuni casi è la causa degli effetti collaterali. Il nuovo metodo non è invasivo: il rilascio preciso dei farmaci nel cervello viene controllato dall'esterno della testa con gli ultrasuoni. Gli scienziati, guidati da Mehmet Fatih Yanik, professore di Neurotecnologia, ne riferiscono nella rivista scientifica pagina esternaComunicazioni sulla natura.

Per evitare che un principio attivo sviluppi la sua attività in tutto il corpo e nel cervello, il nuovo metodo utilizza speciali sponsor che avvolgono il principio attivo in vescicole lipidiche sferiche collegate a microbolle contenenti gas e sensibili agli ultrasuoni. Queste vengono iniettate nel sangue e raggiungono così il cervello.

Gli scienziati utilizzano quindi gli ultrasuoni focalizzati in un processo a due fasi. Gli ultrasuoni focalizzati sono già utilizzati nella medicina oncologica per distruggere i tessuti cancerosi in punti precisi del tessuto. Nella nuova applicazione, tuttavia, gli scienziati lavorano con un'energia molto più bassa, che non danneggia il tessuto.

Arricchire i farmaci con il suono

In una prima fase, gli scienziati utilizzano onde ultrasoniche a bassa energia per arricchire i vettori di farmaci nella posizione desiderata nel cervello. "Si può immaginare di utilizzare gli impulsi di ultrasuoni per creare una sorta di gabbia virtuale di onde sonore nel punto desiderato. Sospinti dalla circolazione sanguigna, i vettori di farmaci vengono trasportati in tutto il cervello. Tuttavia, quelli che entrano nella gabbia non trovano più la via d'uscita", spiega l'ETH Yanik.

In una seconda fase, i ricercatori fanno vibrare i vettori di principio attivo in questo punto utilizzando un'energia ultrasonica più elevata. Le forze di attrito distruggono la membrana esterna dei contenitori, il principio attivo viene rilasciato e assorbito dal tessuto nervoso in questo punto.

I ricercatori hanno dimostrato l'efficacia del nuovo metodo in esperimenti sui ratti. Hanno incapsulato un neuroinibitore nei vettori del farmaco. Questo ha permesso di bloccare una specifica rete neuronale che collega due aree del cervello. Negli esperimenti, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che solo questa parte specifica della rete era bloccata e che il farmaco non aveva effetto sull'intero cervello.

Somministrazione di farmaci più efficiente

"Poiché il nostro metodo ci permette di accumulare i farmaci nell'organismo dove è desiderato il loro effetto, è sufficiente una dose molto più bassa", afferma Yanik. Per il loro esperimento sui ratti, ad esempio, hanno avuto bisogno di una dose di principio attivo 1300 volte inferiore a quella normalmente necessaria".

Altri scienziati hanno già tentato di utilizzare gli ultrasuoni focalizzati per migliorare la somministrazione di farmaci a determinate regioni del cervello. In questi approcci, tuttavia, non si arricchivano localmente le sostanze attive, ma si danneggiavano localmente i vasi sanguigni per aumentare il trasporto delle sostanze attive dal sangue al tessuto nervoso. Tuttavia, questo approccio può avere conseguenze dannose a lungo termine. "Nel nostro approccio, invece, la barriera fisiologica tra circolazione sanguigna e tessuto nervoso rimane intatta", spiega Yanik.

Gli scienziati stanno attualmente testando l'efficacia del loro metodo in modelli animali di malattie mentali e disturbi neurologici, ad esempio per trattare i disturbi d'ansia e per trattare i tumori cerebrali in aree chirurgicamente inaccessibili. Solo quando l'efficacia e i benefici del metodo saranno confermati negli animali, i ricercatori potranno procedere con il suo utilizzo nell'uomo.

Questo progetto di ricerca è stato finanziato dal programma di promozione dell'UE "Horizon 2020".