Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Nuevos Tratamientos a la Vista para el Derrame Cerebral

Friday, October 30, 2009

Un modelo de la arteria media del cerebro muestra (A) una arteria sin coágulo de sangre y (B) la arteria bloqueada por un coágulo. En (C), se muestra la arteria modelo 15 minutos después de insertar el cable para derrames; se ha eliminado la mayor parte de la masa del coágulo y restaurado el flujo mínimo de sangre. La investigación actual se enfoca en disminuir el tiempo requerido para retirar un coágulo de sangre y restaurar por completo el flujo sanguíneo.

A model of the middle cerebral artery shows (A) an artery without a blood clot and (B) the artery blocked by a clot. In (C), the model artery is shown 15 minutes after inserting a stroke wire; the majority of the clot mass has been obliterated and minimal blood flow restored. Current research is focused on decreasing the time required to remove a blood clot and fully restore blood flow.

Una vez que ocurre un derrame cerebral, el tratamiento inmediato hace a menudo la diferencia entre regresar a la vida normal y meses de rehabilitación, la discapacidad severa, o aún la muerte. Tome el caso de una mujer de 37 años que se despidió de su esposo con un beso una mañana cuando él se iba a trabajar. Justo afuera de la puerta, el esposo se dio cuenta de que había olvidado su almuerzo. Al regresar encontró a su esposa inconsciente tirada en el piso. La mujer había sufrido un derrame isquémico. Dos coágulos bloqueaban una arteria principal en su cerebro. Gracias al tratamiento inmediato para quitarle los coágulos, la mujer salió del hospital dos días después sin ningún daño neurológico.

La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos ha aprobado dos terapias para el tratamiento de derrames isquémicos, los cuales afectan a cerca de 750,000 personas en los Estados Unidos cada año. Los pacientes pueden ya sea recibir el activador tisular del plasminógeno, un medicamento de administración intravenosa que rompe los coágulos de sangre, o someterse a un procedimiento en el que el coágulo es retirado mecánicamente del vaso sanguíneo. Ambos procedimientos tienen sus desventajas. El activador tisular del plasminógeno (ATP) debe ser administrado en un lapso de cuatro y media horas después que comienzan los síntomas de un derrame cerebral; pero el uso de PTA puede ocasionar sangrado en el cerebro. El enfoque mecánico puede dañar el tejido circundante y quizá no retire todos los fragmentos del coágulo.

Los científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts en Worcester están desarrollando una alternativa para estas terapias. Un equipo dirigido por Matthew Gounis, Ph.D., director del Centro de Investigación de Derrames Cerebrales de Nueva Inglaterra, está investigando la aplicación de una tecnología de cable ultra delgado que transmite ultrasonido localizado directamente a un coágulo para el tratamiento de derrame cerebral. Después de enhebrar el cable en la arteria afectada, el cable empieza a vibrar como la colita de una víbora de cascabel mientras que la energía ultrasónica pulsa a través del cable. Esta acción crea burbujas microscópicas que, cuando explotan, hacen que el coágulo se rompa y con ello se restaure el flujo sanguíneo. “Las partículas son tan pequeñas que el flujo sanguíneo las elimina de la cama capilar. Es como si se emulsionara al coágulo”, explica el co-investigador Ajay Wakhloo, M.D., Ph.D., director de Neuroimágenes e Intervención en el Centro Médico Conmemorativo de la Universidad de Massachusetts.

“Este es un gran paso en la terapia de derrame endovascular”, añade Gounis. “Esta tecnología permitirá que un día los médicos puedan tratar los derrames con mayor rapidez una vez que se tome la decisión de recanalizar [restaurar el flujo a] la arteria”. El dispositivo podría jugar un papel importante en casos de derrame severo. Coágulos grandes están a menudo involucrados y la terapia ATP es inefectiva. “Cerca de 10 a 15% de estos pacientes se beneficiarían de reabrir el vaso inmediatamente”, menciona Wakhloo.

Este esquematismo de un aneurisma cerebral de cuello ancho describe un stent recuperable diseñado para ayudar a sujetar la masa de una bobina en el aneurisma. Las flechas indican la dirección del flujo sanguíneo. La punta de la flecha muestra una pequeña arteria cerebral que se mantiene abierta como resultado de la utilización de la bobina.

This schematic of a wide-neck brain aneurysm depicts a retrievable stent designed to help hold a coil mass in the aneurysm. Arrows indicate the direction of blood flow. Arrowhead shows a small brain artery that stays open as a result of the coils' deployment.

A pesar de que el cable para derrame neurovascular ha tenido éxito en modelos de animales grandes, Gounis opina que aún deben contestarse muchas preguntas antes de llevar el dispositivo a ensayos clínicos. Algunas de las preguntas bajo investigación:

  • ¿Cómo afecta la energía del cable a las arterias y al tejido cerebral?
  • ¿Puede el dispositivo moverse fácilmente a través de los vasos cerebrales que se tuercen y giran bruscamente?
  • ¿Se puede salvar el tejido cerebral utilizando el dispositivo?

Trabajar con el cerebro presenta también retos singulares ya que “los vasos sanguíneos en el cerebro son muy diferentes a los del resto del cuerpo”, dice Gounis. “No están atados al músculo, son frágiles, y tienen muchas curvas”. Para adaptarse a las características únicas del cerebro, los investigadores están experimentando también con diferentes diseños del cable mismo.

 

Investigación de Doble-Acción

Gounis y Wakhloo hicieron un gran descubrimiento cuando investigaban el cable para derrame neurovascular. Encontraron que los stents recuperables (pequeñas jaulas metálicas utilizadas para mantener abiertos los vasos sanguíneos), actualmente disponibles en los almacenes, podrían usarse para retirar coágulos o disminuir sus efectos. Los stents cerebrales recuperables se utilizan normalmente para llenar el hueco creado en una arteria cuando ocurre un aneurisma o dilatación de la arteria. El stent sujeta bobinas metálicas en su sitio en el aneurisma para prevenir que el espacio se llene de sangre o se reviente. A pesar de que el stent es implantado de manera permanente en el vaso, el hecho de poder recuperarlo ayuda a los médicos a posicionar el stent de forma óptima antes de su utilización final.

Gounis y Wakhloo demostraron en sus experimentos que el stent recuperable podía empujar un coágulo hacia la pared del vaso sanguíneo, reestableciendo rápidamente el flujo sanguíneo, o el stent podía usarse para capturar y retirar el coágulo. Ya que los tubos que guían al stent hacia su posición miden tan sólo unos cuantos milímetros de diámetro y son altamente flexibles, pueden moverse fácilmente a través de los vasos sanguíneos zigzagueantes. Mientras que el enfoque no ha recibido aprobación de la FDA en los Estados Unidos, los médicos europeos están utilizando el procedimiento en las clínicas para tratar pacientes con derrames causados por formación de coágulos.

 

Modelando Vasos

Además de desarrollar el cable para derrames, Gounis y su grupo están investigando nuevas maneras de mejorar todos los dispositivos relacionados con derrames. Para este propósito, los investigadores han desarrollado modelos de silicón de las arterias principales del cerebro – la carótida interna y las arterias cerebrales medias. Estos modelos fueron basados en información de angiogramas por resonancia magnética de 20 pacientes. Las imágenes de las redes de vasos sanguíneos se utilizaron para determinar la longitud de cada vaso así como dónde localizar dobleces dentro de cada vaso en sus modelos de silicón. Los modelos de silicón son un avance importante ya que imitan la naturaleza zigzagueante de los vasos humanos y reducen la necesidad de modelos animales.

Al compilar detalles de un grupo de pacientes, los investigadores crearon un modelo representativo de un paciente promedio en lugar de un individuo específico. “Podemos estar seguros de que el dispositivo funcionará en un grupo dado de pacientes”, dice Gounis. En un futuro, Gounis espera poder generar bibliotecas de información de pacientes para crear una serie de modelos que representen una variedad de grupos de pacientes.

Un mapa del vaso sanguíneo (A) muestra las arterias cerebrales donde se prueba el cable para derrames (flecha). Antes y después de la activación del dispositivo, se obtiene la imagen por resonancia magnética (B-E) para examinar cómo responde el tejido cerebral a la energía suministrada por el cable. Imágenes por resonancia magnética especializada muestran el camino tomado por las fibras nerviosas (B), mapa de tiempo de tránsito medio por imágenes con perfusión demuestran el flujo de sangre al cerebro (C), imágenes ponderadas en T2 muestran la anatomía del cerebro (D) con el dispositivo en su lugar (indicado por la flecha), e imágenes de difusión que son muy sensibles a la muerte de tejido cerebral (E) después del manejo del dispositivo. Estas imágenes in vivo (A-E) no muestran respuesta negativa por el uso del dispositivo en la arteria cerebral. Histología (F) muestra una arteria cerebral sana después del manejo del dispositivo.

A blood vessel map (A) showing the brain arteries where the stroke wire is tested (arrow). Before and after device activation, magnetic resonance imaging (B-E) is obtained to examine how the brain tissue responds to the energy delivered by the wire. Specialized magnetic resonance images show the paths taken by the nerve fibers (B), mean transit time map from perfusion imaging demonstrating blood flow to the brain (C), T2 weighted images showing the brain anatomy (D) with the device in place (indicated by an arrow), and diffusion imaging that is very sensitive to brain tissue death (E) after device operation. These in vivo images (A-E) show no negative tissue response from the use of the device in a brain artery. Histology (F) shows a healthy brain artery following device operation.

 

Mejorando los Resultados de Pacientes

Los derrames son la causa principal de discapacidad en los Estados Unidos y representan un costo de cerca de $70 mil millones de dólares. “Las personas por lo general no mueren de derrames pero quedan extremadamente discapacitadas por ellos”, dice Gounis. El desarrollo de nuevas formas de restaurar el flujo de sangre al cerebro de manera rápida y confiable podría cambiar dramáticamente la calidad de vida de los sobrevivientes de derrames.

A pesar de que los dispositivos mecánicos actualmente disponibles para retirar coágulos ofrecen a los médicos una muy necesitada alternativa para el tratamiento de medicamentos, son incómodos y existen solamente cerca de 500 médicos entrenados para usarlos, dice Wakhloo. Métodos fáciles de usar, como el cable para derrames y los stents recuperables, no sólo incrementarán el número de clínicos que puedan realizar el retiro de coágulos, sino que también reducirán drásticamente el tiempo que toma retirar un coágulo. Por sus estudios recientes, Gounis y Wakhloo estiman que el cable para derrames podrá retirar un coágulo en unos 15 minutos, una mejoría significativa sobre las 2 horas que pueden tomar las terapias usadas actualmente.

“Nuestra meta es crear dispositivos de fácil manejo de manera que una amplia gama de médicos los pueda utilizar”, comenta él. “Mientras más rápido abramos los vasos, más células cerebrales salvaremos. El tiempo es cerebro”, añade Gounis.

Este trabajo está apoyado por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

Chueh JY. Wakhloo AK. Gounis MJ. Neurovascular modeling: Small-batch manufacturing of silicone vascular replicas. AJNR. 2009: 30:1159-64.

Wakhloo AK. Gounis MJ. Retrievable closed cell intracranial stent for foreign body and clot removal. Neurosurgery. 2008: 62(5 Suppl 2) ONS390-394.