Shonagh Rae
Después de que los sujetos recibieron la estimulación real o simulada, tomamos muestras de sangre de todos ellos. Luego simulamos una infección agregando una toxina bacteriana a la sangre en los tubos de ensayo, luego medimos la cantidad de TNF liberado por los glóbulos blancos para combatir la toxina. Los resultados, que publicamos en la revista Brain Stimulation en 2023, mostraron que las personas que habían recibido tratamientos FUS tenía niveles más bajos de TNF que el verdadero grupo de control. No vimos efectos secundarios problemáticos del ultrasonido: el tratamiento no afectó negativamente ritmo cardíaco, presión arterial, o los muchos otros biomarcadores que verificamos.
Los resultados también mostraron que cuando repetimos el sorteo de sangre y experimentamos 24 horas después, los niveles de TNF de los grupos de tratamiento habían regresado a la línea de base. Este hallazgo sugiere que si FUS se convierte en una opción de tratamiento para enfermedades inflamatorias, las personas pueden requerir tratamientos regulares, tal vez incluso diarios.
Un resultado sorprendente fue que no parecía importar qué ubicación dentro del bazo nos dirigimos, todos los lugares que probamos produjeron resultados similares. Nuestra hipótesis es que golpear cualquier objetivo dentro del bazo activa suficientes nervios para producir el efecto beneficioso. Además, no importaba qué intensidad energética utilizamos. Intentamos intensidades que varían de aproximadamente 10 a 200 mW por cm2, dentro del rango de intensidades utilizadas en imágenes de ultrasonido; Sorprendentemente, incluso el nivel de intensidad más bajo provocó que los niveles de TNF de los sujetos cayeran.
Nuestra gran conclusión de ese primer estudio en humano fue que dirigirse al bazo con FUS no es solo un tratamiento factible, sino que podría ser un gamechanger para las enfermedades inflamatorias. Nuestros próximos pasos son investigar los mecanismos por los cuales FUS afecta la respuesta inflamatoria y realizar más estudios animales y en humanos para ver si la administración prolongada de FUS al bazo puede tratar enfermedades inflamatorias crónicas.
FUS por obesidad y diabetes
Para gran parte de nuestra investigación sobre FUS, nos hemos asociado con GE Research, cuya empresa matriz es una de las principales creadores de equipos de ultrasonido del mundo. Uno de nuestros primeros proyectos juntos exploró el potencial de FUS como un tratamiento para la inflamación generalizada que a menudo acompaña a la obesidad, una condición que ahora afecta a 890 millones de personas alrededor del mundo. En este estudio, alimentamos a ratones de laboratorio con una “dieta occidental” alta en calorías y alta en grasas durante ocho semanas. Durante las siguientes ocho semanas, la mitad de ellos recibió estimulación con ultrasonido, mientras que la otra mitad recibió estimulación simulada diaria. Encontramos que el Los ratones que recibieron FUS tenían niveles más bajos de citocinas—Y para nuestra sorpresa, esos ratones también comieron menos y perdieron peso.
En un trabajo relacionado con nuestros colegas de GE, examinamos el potencial de FUS como un Tratamiento para la diabetes, que ahora afecta 830 millones de personas alrededor del mundo. En un cuerpo humano sano, el hígado almacena glucosa como reserva y la libera solo cuando registra que los niveles de glucosa en el torrente sanguíneo han caído. Pero en personas con diabetes, este sistema de detección es disfuncional, y el hígado libera glucosa incluso cuando los niveles de sangre ya son altos, causando una gran cantidad de problemas de salud.
Para la diabetes, nuestro objetivo de ultrasonido era la red de nervios que transmiten señales entre el hígado y el cerebro: específicamente, las neuronas de sensación de glucosa en el portádico hepatis, que es esencialmente la puerta de entrada al hígado. Dimos ratas diabéticas de estimulación de ultrasonido diario de 3 minutos durante un período de 40 días. En solo unos días, el tratamiento derribó los niveles de glucosa de las ratas de rango peligrosamente alto a normal. Obtuvimos resultados similares en ratones y cerdos, y publicamos estos emocionantes resultados en 2022 en la ingeniería biomédica de la naturaleza.
Esos experimentos de diabetes arrojan algo de luz sobre por qué el ultrasonido tuvo este efecto. Decidimos concentrarse en una región del cerebro llamada hipotálamo, que controla muchas funciones del cuerpo automático crucial, incluidos el metabolismo, los ritmos circadianos y la temperatura corporal. Nuestros colegas en Investigación de GE Comenzó a investigar bloqueando las señales nerviosas que viajan desde el hígado al hipotálamo de dos maneras diferentes, tanto cortando los nervios físicamente y utilizando una anestesia local. Cuando luego aplicamos FUS, no vimos la disminución beneficiosa en glucosa niveles. Este resultado sugiere que el tratamiento con ultrasonido funciona al cambiar las señales de detección de glucosa que viajan desde el hígado al cerebro, lo que a su vez cambia los comandos de los problemas de hipotálamo a los sistemas metabólicos del cuerpo, esencialmente les dice que bajen los niveles de glucosa.
Los próximos pasos en esta investigación involucran tanto el desarrollo técnico como las pruebas clínicas. Actualmente, la administración de FUS requiere experiencia técnica, con un ecografista que mira imágenes de ultrasonido, ubicando el objetivo y desencadenando la estimulación. Pero si FUS se convertirá en un tratamiento práctico para una enfermedad crónica, necesitaremos hacerlo utilizable por cualquier persona y disponible como un sistema en el hogar. Ese podría ser un dispositivo portátil que utiliza imágenes de ultrasonido para localizar automáticamente el objetivo anatómico y luego entrega la dosis de FUS: todo lo que el paciente tendría que hacer es ponerlo en el dispositivo y encenderlo. Pero antes de llegar a ese punto, el tratamiento FUS tendrá que ser probado clínicamente en ensayos controlados aleatorios para personas con obesidad y diabetes. GE Healthcare recientemente asociado con Novo Nordisk para trabajar en el desarrollo clínico y de productos de FUS en estas áreas.
FUS para enfermedades cardiopulmonar
FUS también puede ayudar con enfermedades cardiovasculares crónicas, muchas de las cuales están asociadas con disfunción inmune e inflamación. Comenzamos con un trastorno llamado hipertensión arterial pulmonar, una enfermedad rara pero incurable en la que presión arterial aumentos en las arterias dentro del pulmones. Al comienzo de nuestra investigación, no estaba claro si la inflamación alrededor de las arterias pulmonares era una causa o un subproducto de la enfermedad, y si la inflamación dirigida era un tratamiento viable. Nuestro grupo fue el primero en probar FUS del bazo para reducir la inflamación asociada con hipertensión pulmonar en ratas.
Los resultados, publicados el año pasado, fueron muy alentadores. Encontramos que las sesiones de Fus de 12 minutos presión pulmonar reducida, mejor función cardíaca y inflamación pulmonar reducida en los animales en el grupo experimental (en comparación con los animales que recibieron estimulación simulada). Además, en los animales que recibieron FUS, la progresión de la enfermedad se desaceleró significativamente incluso después de que terminó el experimento, lo que sugiere que este tratamiento podría proporcionar un efecto duradero.
Un día, un sistema de IA podría guiar a los usuarios en el hogar mientras colocan un dispositivo portátil en su cuerpo y activan la estimulación.
Este estudio fue, hasta donde sabemos, el primero en demostrar con éxito una terapia basada en ultrasonido para cualquier enfermedad cardiopulmonar. Y estamos ansiosos por construir sobre ello. A continuación, estamos interesados en estudiar si FUS puede ayudar con Congestive insuficiencia cardiaca, una condición en la que el corazón no puede bombear suficiente sangre para satisfacer las necesidades del cuerpo. Solo en los Estados Unidos, más que 6 millones de personas viven con insuficiencia cardíaca, y ese número podría superar los 8 millones para 2030. Sabemos que la inflamación juega un papel importante en la insuficiencia cardíaca al dañar las células musculares del corazón y reducir su elasticidad. Planeamos probar FUS del bazo en ratones con la condición. Si esas pruebas tienen éxito, podríamos avanzar hacia las pruebas clínicas en humanos.
El futuro de la estimulación con ultrasonido
Tenemos una gran ventaja cuando pensamos en cómo llevar estos resultados del laboratorio a la clínica: el hardware básico para la ecografía ya existe, ya está. FDA aprobado, y tiene un historial de seguridad estelar a través de décadas de uso. Nuestros colaboradores en GE ya han experimentado con la modificación de los dispositivos de ultrasonido típicos utilizados para las imágenes para que puedan usarse para los tratamientos FUS.
Una vez que llegamos al punto de optimizar FUS para uso clínico, tendremos que determinar los mejores parámetros de neuromodulación. Por ejemplo, ¿cuáles son las longitudes de onda acústica correctas y las frecuencias? Las imágenes de ultrasonido generalmente usan frecuencias más altas que FUS, pero el tejido humano absorbe más energía acústica a frecuencias más altas que a frecuencias más bajas. Entonces, para entregar una buena dosis de FUS, los investigadores están explorando una amplia gama de frecuencias. También tendremos que pensar cuánto tiempo transmitir esa energía de ultrasonido para compensar un solo pulso, qué tasa de pulsos usar y cuánto tiempo debería ser el tratamiento.
Además, necesitamos determinar cuánto dura el efecto beneficioso del tratamiento. Para algunas de las dolencias que los investigadores están explorando, como Fus del cerebro para tratar el dolor crónico, un paciente podría ir al consultorio del médico una vez cada tres meses para obtener una dosis. Pero para las enfermedades asociadas con la inflamación, un régimen regular de varias veces por semana podría resultar más efectivo, lo que requeriría tratamientos en el hogar.
Para que el uso del hogar sea posible, el dispositivo portátil tendría que localizar los objetivos automáticamente a través de imágenes de ultrasonido. Como ya existen grandes bases de datos de imágenes de ultrasonido humano del hígado, bazo y otros órganos, parece factible entrenar un algoritmo de aprendizaje automático para detectar objetivos automáticamente y en tiempo real. Un día, un sistema de IA podría guiar a los usuarios en el hogar mientras colocan un dispositivo portátil en su cuerpo y activan la estimulación. Algunas startups están trabajando en la construcción de tal dispositivos portátiles, que podría tomar la forma de un cinturón o un chaleco. Por ejemplo, la empresa Sistemas de segunda onda, que se ha asociado con la Universidad de Minnesota, en Minneapolis, ya ha realizado un pequeño estudio piloto de su dispositivo portátil, probándolo en 13 personas con artritis reumatoide y ver resultados positivos.
Si bien pasarán muchos años antes de que los tratamientos FUS se aprueben para uso clínico, y probablemente aún más años para que los dispositivos portátiles sean lo suficientemente seguros para el uso del hogar, el camino hacia adelante parece muy prometedor. Creemos que FUS y otras formas de medicina bioelectrónica Ofrezca un nuevo paradigma para la salud humana, uno en el que reducimos nuestra dependencia de los productos farmacéuticos y comenzamos a hablar directamente con el cuerpo eléctrico.
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Publicado Originalme en Spectrum.ieee.org El 9 de junio de 2025.
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