Investigadores del MIT han desarrollado un método para estimular el tejido cerebral mediante campos magnéticos externos y nanopartículas magnéticas inyectadas: una técnica que permite la estimulación directa de las neuronas y que podría ser un tratamiento eficaz para diversas enfermedades neurológicas, sin necesidad de implantes ni conexiones externas.
La investigación, realizada por Polina Anikeeva, profesora adjunta de ciencia e ingeniería de materiales, el estudiante de posgrado Ritchie Chen y otras tres personas, se ha publicado en la revista Science.
Los intentos anteriores de estimular el cerebro mediante impulsos eléctricos han demostrado ser eficaces para reducir o eliminar los temblores asociados con la enfermedad de Parkinson, pero el tratamiento ha seguido siendo un último recurso porque requiere cables implantados muy invasivos que se conectan a una fuente de energía fuera del cerebro.
«En el futuro, nuestra técnica podría ofrecer un medio de estimular y cartografiar el cerebro sin implantes», afirma Anikeeva.
En su estudio, el equipo inyectó en el cerebro partículas de óxido de hierro magnético de apenas 22 nanómetros de diámetro. Al exponerse a un campo magnético externo alterno —que puede penetrar profundamente en los tejidos biológicos—, estas partículas se calientan rápidamente.
El consiguiente aumento local de la temperatura puede activar las neuronas al estimular los receptores de capsaicina sensibles al calor, las mismas proteínas que el cuerpo utiliza para detectar tanto el calor real como el «calor» de los alimentos picantes. (La capsaicina es la sustancia química que da a los pimientos picantes su sabor abrasador). El equipo de Anikeeva utilizó la administración de genes mediante virus para inducir sensibilidad al calor en neuronas seleccionadas del cerebro.
Las partículas, que prácticamente no interactúan con los tejidos biológicos salvo cuando se calientan, tienden a permanecer donde se colocan, lo que permite un tratamiento a largo plazo sin necesidad de más procedimientos invasivos.
«Las nanopartículas se integran en el tejido y permanecen en gran medida intactas», afirma Anikeeva. «Después, esa región puede estimularse a voluntad aplicando externamente un campo magnético alterno. Nuestro objetivo era averiguar si podíamos administrar estímulos al sistema nervioso de forma inalámbrica y no invasiva».
El nuevo trabajo ha demostrado que el enfoque es viable, pero queda mucho por hacer para convertir esta prueba de concepto en un método práctico para la investigación cerebral o el tratamiento clínico.
El uso de campos magnéticos y partículas inyectadas ha sido un área activa de investigación sobre el cáncer; se piensa que este enfoque podría destruir las células cancerosas al calentarlas. «La nueva técnica deriva, en parte, de esa investigación», afirma Anikeeva. «Al calibrar la dosis térmica administrada, podemos excitar las neuronas sin matarlas. Las nanopartículas magnéticas también se han utilizado durante décadas como agentes de contraste en resonancias magnéticas, por lo que se consideran relativamente seguras en el cuerpo humano».
El equipo desarrolló métodos para fabricar partículas de tamaños y formas controlados con precisión, a fin de maximizar su interacción con el campo magnético alterno aplicado. También desarrolló dispositivos para aplicar el campo magnético: los dispositivos existentes para el tratamiento del cáncer —diseñados para producir un calentamiento mucho más intenso— eran demasiado grandes y poco eficientes en el uso de energía para esta aplicación.
El siguiente paso para convertir esto en una tecnología práctica para uso clínico en seres humanos «es comprender mejor cómo funciona nuestro método mediante registros neuronales y experimentos conductuales, y evaluar si hay otros efectos secundarios en los tejidos de la zona afectada», afirma Anikeeva.
Este es «un enfoque completamente novedoso para la estimulación cerebral profunda», afirma Bianxiao Cui, profesora adjunta de química en la Universidad de Stanford, quien no participó en esta investigación. «El nuevo método es significativo porque se administra con relativa mayor facilidad y provoca menos respuestas del tejido cerebral que la implantación de electrodos. Y, lo que es más importante, la estimulación podría controlarse a distancia, una característica muy atractiva para la estimulación cerebral profunda».
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: David L. Chandler escribe para MIT News.
Imagen: En una exposición en la Wellcome Collection se ven modelos frenológicos de yeso de cabezas que muestran distintas partes del cerebro. REUTERS/Chris Helgren
