Los ultrasonidos retratan como nunca la red vascular del cerebro humano

Investigadores franceses han conseguido cartografiar la red vascular cerebral en pacientes humanos a escalas nunca alcanzadas, según informan en la revista Nature Biomedical Engineering, que dedica la portada a este resultado.

El método empleado es la microscopía de localización por ultrasonidos, que combinan ultrasonidos ultrarrápidos y agentes de contraste. Los investigadores lograron resolver varios desafíos técnicos para aplicar el método en humanos.

Las imágenes obtenidas son espectaculares y contienen detallada información sobre el flujo sanguíneo cerebral, así como sobre su dinámica, explican los investigadores.

Este desarrollo confirma que la microscopía de localización por ultrasonido abre nuevos horizontes para una mejor comprensión y diagnóstico temprano de las enfermedades cerebrovasculares.

Accidentes cerebrovasculares

Los investigadores explican en su artículo que los cambios en el flujo sanguíneo cerebral están asociados con accidentes cerebrovasculares, aneurismas, deterioro cognitivo vascular, enfermedades neurodegenerativas y otras patologías.

Destacan que los angiogramas cerebrales, que estudian los vasos sanguíneos visibles mediante la radiografía convencional (rayos X o resonancia magnética combinada con agentes de contraste), se emplean frecuentemente para estudiar esas patologías, pero ofrecen una resolución limitada de las imágenes obtenidas.

Esas imágenes se presentan a escala milimétrica y no pueden detectar individualmente los pequeños capilares (vasos sanguíneos) que tienen diámetros micrométricos. También son insensibles al flujo sanguíneo.

Ambas limitaciones son superadas por la nueva tecnología, ya que obtiene los componentes cinemáticos de los flujos sanguíneos a todos los niveles (desde las arterias a los capilares) de una forma no invasiva, no ionizante, accesible desde la cabeza del paciente y a un precio económico.

Para conseguirlo, utiliza la microscopía de localización por ultrasonido ultrarrápida de microburbujas inyectadas por vía intravenosa, para obtener imágenes transcraneales de la vasculatura profunda en el cerebro humano adulto, con resolución microscópica y cuantificación de parámetros hemodinámicos.

25 micrómetros

El rastreo de marcas (speckle tracking) adaptativo para corregir el inevitable movimiento cerebral provocado por los artefactos micrométricos, así como las aberraciones ópticas (defectos) provocadas por las ondas ultrasónicas inducidas durante la propagación transcraneal, permitió a los investigadores cartografiar con precisión la red vascular de las arterias enredadas, propias de las malformaciones arteriovenosas.

A través de esa cartografía, los investigaciones pudieron caracterizar funcionalmente la dinámica del flujo sanguíneo de esas arterias a una resolución de hasta 25 micrómetros (un micrómetro, equivale a una milésima parte de un milímetro).

Esta proeza tecnológica les permitió detectar vórtices sanguíneos en un pequeño aneurisma (dilatación arterial) profundamente arraigado en un paciente, destacan los investigadores.

Concluyen que la microscopía de localización por ultrasonido ultrarrápida puede facilitar la comprensión de la hemodinámica cerebral y de cómo las anomalías vasculares en el cerebro se relacionan con patologías neurológicas.

Antecedentes animales

Este desarrollo tecnológico culmina una línea de investigación previa que alcanzó un punto crítico en 2015, cuando un equipo de científicos británicos combinó ultrasonido y burbujas microscópicas inyectadas en el torrente sanguíneo de una rata viva.

En un artículo publicado en Nature, explican que inyectaron burbujas de gas extremadamente pequeñas, del orden de 2 micrómetros, en el torrente sanguíneo en un área determinada del roedor, como un órgano.

Una vez que las burbujas están dentro de los vasos sanguíneos, se disparan ondas de ultrasonido de alta frecuencia a través de la piel y hacia el área bajo estudio. Cuando las olas golpean las burbujas, parte de la energía se recupera.

Esa energía recuperada se captura por un sistema de imágenes que opera a varios miles de cuadros por segundo, lo que permite distinguir entre ecos y los datos de las burbujas.

Juntando imágenes

A medida que se mueve cada burbuja individual, se captura su progreso. Juntar todas las imágenes individuales permite crear una imagen única de todo el recipiente o red de recipientes.

Los investigadores británicos plantearon entonces que su nueva tecnología debería llegar a la comunidad médica, ayudando a los especialistas no solo a encontrar problemas y tratarlos en seres humanos, sino también a aprender más sobre cómo se desarrollan.

Al llevar a humanos esa tecnología, los científicos franceses han hecho realidad esa aspiración de los investigadores británicos.

Chapeau!

Usaron microburbujas que contenían un gas biocompatible que fueron inyectadas en el paciente por vía intravenosa: circularon por todo el circuito cerebral y funcionaron como una especie de ecografía aplicada sobre la sien.

A continuación, como habían hecho los ingleses años atrás, determinaron la posición de las burbujas en cuestión de segundos y reconstituyeron la anatomía de la red vascular a escala microscópica.

De esta forma, accedieron a datos cuantitativos sobre los componentes locales de los flujos sanguíneos, algo que nunca se había conseguido mediante una técnica de imagen cerebral no invasiva. Chapeau!