Microburbujas: la técnica revolucionaria para tratar las enfermedades cerebrales de forma precisa y segura
Las microburbujas activadas por ultrasonidos están revolucionando el tratamiento de las enfermedades cerebrales mediante la administración precisa de fármacos. Una técnica innovadora que promete superar la barrera hematoencefálica de forma segura y eficaz.
Por Enrique Coperías
Las microburbujas y el medicamento (esferas azules) que ha de llegar hasta el cerebro se transportan a través de los vasos sanguíneos. Cuando se exponen a ultrasonidos, las burbujas producen microchorros líquidos, lo que facilita el paso del fármaco a través de las paredes de los vasos. Imagen generada con DALL-E
El tratamiento preciso de las enfermedades cerebrales, como el alzhéimer, el párkinson y los tumores cerebrales, representa un desafío para la neurociencia moderna, debido a que el cerebro es un órgano especialmente sensible y protegido por una coraza casi inexpugnable.
Es por ello por lo que los investigadores buscan métodos para administrar medicamentos de forma exacta a través del torrente sanguíneo. El principal objetivo para conseguirlo es superar la llamada barrera hematoencefálica, que únicamente permite el paso de nutrientes esenciales y oxígeno.
Como es sabido, la barrera hematoencefálica consiste en una estructura protectora que separa nuestro encéfalo del sistema sanguíneo y regula el paso de sustancias desde la sangre hacia el sistema nervioso central. Su función principal es proteger al cerebro de toxinas, agentes patógenos y compuestos dañinos, y permitir únicamente el paso de nutrientes esenciales, oxígeno y algunas moléculas necesarias para el correcto funcionamiento cerebral.
Microburbujas activadas con ultrasonidos
Esta barrera, formada por células endoteliales estrechamente unidas, es crucial para mantener un entorno cerebral estable y saludable, pero también representa un desafío para la administración de medicamentos destinados a tratar enfermedades neurológicas y neurodegenerativas.
En este contexto, las microburbujas activadas por ultrasonidos se perfilan como un método altamente prometedor. Estas diminutas burbujas, más pequeñas que un glóbulo rojo, están llenas de gas y recubiertas por una capa de moléculas de grasa que las estabilizan.
Estas microesferas se inyectan en el torrente sanguíneo junto con el fármaco y se activan en el sitio deseado mediante ultrasonidos. El movimiento inducido por estas microburbujas genera pequeños poros en la membrana celular de los vasos sanguíneos, lo que permite que el medicamento los atraviese.
Chorros que penetran en la membrana celular
Hasta ahora, el mecanismo exacto mediante el cual las microburbujas generaban estos poros era desconocido. Sin embargo, un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH), en Suiza, liderado por Outi Supponen, profesor del Instituto de Dinámica de Fluidos, ha logrado demostrar por primera vez cómo funciona este proceso.
«Descubrimos que, bajo la acción de los ultrasonidos, la superficie de las microburbujas se deforma, lo que genera pequeños chorros de líquido, denominados microjets, que penetran en la membrana celular», explica Marco Cattaneo, estudiante de doctorado y autor principal del estudio, publicado recientemente en Nature Physics.
Observar este fenómeno ha sido un reto, ya que las microburbujas, de apenas unos micrómetros de diámetro, vibran millones de veces por segundo bajo los ultrasonidos. «La mayoría de los estudios previos analizaban el proceso desde arriba con microscopios convencionales, lo que impedía ver lo que sucedía entre la microburbuja y la célula», comenta Cattaneo en un comunicado de la ETH.
Millones de imágenes por segundo
Para superar esta limitación, los investigadores diseñaron un microscopio con un aumento de 200x y lo conectaron a una cámara de alta velocidad capaz de capturar hasta diez millones de imágenes por segundo, lo que les permitió observar el proceso desde un ángulo lateral.
Durante el experimento, replicaron la pared de un vaso sanguíneo mediante un modelo in vitro, cultivando células endoteliales sobre una membrana plástica. Esta membrana se colocó sobre una caja transparente llena de solución salina y un fármaco modelo, con las células orientadas hacia abajo, simulando una tapa.
La microburbuja, al estar llena de gas, ascendió automáticamente hasta entrar en contacto con las células. Posteriormente, se aplicó un pulso ultrasónico de microsegundos de duración para inducir su vibración.
«Cuando se alcanza una presión ultrasónica suficientemente alta, las microburbujas dejan de oscilar de forma esférica y adoptan patrones regulares no esféricos», explica Supponen. Los lóbulos que se forman en estos patrones oscilan cíclicamente, empujando hacia dentro y hacia fuera.
Microchorros a 200 km/h
Por encima de un umbral de presión, estos lóbulos se pliegan hacia dentro generando potentes microchorros que atraviesan toda la burbuja y alcanzan la membrana celular.
Estos microchorros alcanzan velocidades asombrosas de hasta 200 km/h y son capaces de perforar la membrana celular sin destruir la célula. Este mecanismo no destroza la burbuja, lo que permite que se generen nuevos microchorros en cada ciclo ultrasónico.
«Un aspecto fascinante es que este mecanismo se activa a bajas presiones de ultrasonido, en torno a los 100 kPa» destaca Supponen. Esto implica que la presión ejercida sobre las microburbujas, y por ende sobre el paciente, es comparable a la presión atmosférica que experimentamos diariamente.
Para el experimento, los investigadores observaron cómo una microburbuja en contacto con una célula endotelial respondía al ultrasonido y perdía su forma esférica para producir un chorro capaz de perforar la membrana celular sin destrozarla. Cortesía: Supponen / Cattaneo, ETH Zurich
Perforadoras celulares
Además de sus observaciones visuales, el equipo de Supponen respaldó sus hallazgos con diversos modelos teóricos. Demostraron que los microchorros poseen el mayor potencial de perforación celular en comparación con otros mecanismos propuestos anteriormente, lo que confirma que la membrana celular sólo se perfora al generarse un microchorro.
«Con esta nueva configuración de laboratorio, podemos observar mejor el comportamiento de las microburbujas y describir con mayor precisión su interacción con las células», afirma Cattaneo. Este sistema también permitirá investigar cómo reaccionan a los ultrasonidos nuevas formulaciones de microburbujas desarrolladas por otros investigadores.
«Nuestro trabajo aclara los fundamentos físicos de la administración dirigida de fármacos mediante microburbujas y nos ayuda a definir criterios para su uso seguro y eficaz», dice Supponen. Según el investigador, la combinación óptima de frecuencia, presión y tamaño de las microburbujas podría maximizar la eficacia terapéutica, al tiempo que garantiza la seguridad del paciente y minimiza los riesgos.
«Hemos demostrado que bastan unos pocos pulsos de ultrasonidos para perforar una membrana celular, lo cual es una excelente noticia para los pacientes», añade Supponen. Además, el recubrimiento de las microburbujas se puede optimizar para la frecuencia de ultrasonidos requerida, facilitando así la formación de microchorros y mejorando la eficacia del tratamiento. ▪️
Información facilitada por la Escuela Politécnica Federal de Zúrich
Fuente: Cattaneo, M., Guerriero, G., Shakya, G. et al. Cyclic jetting enables microbubble-mediated drug delivery. Nature Physics (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-025-02785-0
