La chirurgia cerebrale ad ultrasuoni ha un enorme potenziale per il trattamento di malattie neurologiche e tumori, ma ottenere onde sonore attraverso il cranio e nel cervello non è un compito facile. Per affrontare questo problema, un team di ricercatori dell'Università della California, Riverside ha sviluppato un impianto di cranio in ceramica attraverso il quale i medici possono fornire trattamenti a ultrasuoni su richiesta e su base ricorrente.

Intitolato "Nuovi impianti cranici di zirconia stabilizzata con ittrio come finestra acustica per la terapia cerebrale ad ultrasuoni, " un documento che descrive la ricerca è stato pubblicato oggi sulla rivista Materiali sanitari avanzati . Guillermo Aguilar, professore e cattedra di ingegneria meccanica presso il Bourns College of Engineering dell'UCR, e Javier E. Garay, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, ha guidato il progetto con ricercatori del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), a Città del Messico. L'attuale documento estende il lavoro svolto dall'organizzazione internazionale di UCR, progetto interdisciplinare "Finestra sul cervello", una partnership con UC San Diego e tre istituti di ricerca in Messico.

Gli ultrasuoni, onde sonore che hanno una frequenza più alta di quelle udibili dall'uomo, possono essere usati per trattare una varietà di disturbi cerebrali, comprese le malattie di Alzheimer e di Parkinson. Gli ultrasuoni possono anche essere usati per uccidere le cellule cancerose, sciogliere i coaguli di sangue durante l'ictus, e aprire la barriera emato-encefalica per migliorare la somministrazione del farmaco.

Però, il cranio umano, chiamato cranio, ha uno spessore compreso tra 2 e 8 mm e relativamente denso, il che significa che la maggior parte delle onde sonore vengono riflesse o assorbite prima di arrivare al cervello.

Per aiutare i medici a fornire onde sonore terapeutiche nel cervello, il team ha sviluppato e testato un trasparente, materiale ceramico che potrebbe essere utilizzato per sostituire una porzione del cranio e che consente un facile, trasmissione mirata di onde ultrasoniche nel cervello. Il materiale, che è una nuova variante del materiale ceramico Yttria Stabilized Zirconia (YSZ), non è poroso, permettendo non focalizzato, onde ultrasoniche a bassa intensità da attraversare.

I materiali ceramici mostrano una promessa significativa perché sono biocompatibili, estremamente difficile, e resistente agli urti, rendendoli ideali per gli impianti. Il team ha precedentemente sviluppato un materiale per impianti cranici YSZ per terapie basate sul laser, che è già in sperimentazione preclinica. Il materiale attuale potrebbe essere utilizzato per fornire trattamenti sia a ultrasuoni che a base di laser.

"Questi materiali sono già utilizzati nelle corone dentali e nelle protesi d'anca, e il nostro team sta lavorando per estendere la loro applicazione alla diagnosi e al trattamento di un'ampia varietà di patologie cerebrali e disturbi neurologici, " ha detto Aguilar.

"Lo sviluppo di un impianto cranico trasparente otticamente e a radiofrequenza era già un risultato entusiasmante, e continuiamo a lavorare per rendere questo impianto una realtà. Ora, dimostrare che gli ultrasuoni possono essere trasmessi attraverso l'impianto potrebbe espandere ulteriormente le sue capacità terapeutiche".

Garay dell'UCSD, che in precedenza ha presieduto il programma di scienza e ingegneria dei materiali dell'UCR, ha affermato che i risultati potrebbero estendere l'applicazione della zirconia, un materiale che a volte viene chiamato "acciaio della ceramica" per la sua versatilità.

"È importante apprezzare che la zirconia che abbiamo sviluppato funziona bene per questa applicazione perché l'abbiamo progettata per avere una bassa porosità. Porosità, un difetto comune nelle ceramiche prodotte con metodi tradizionali, deteriora significativamente la trasmissione degli ultrasuoni, come mostriamo in questo articolo, " ha detto Garay.

Oltre ad Aguilar e Garay, collaboratori sono:Mario Gutierrez, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Aguilar durante questo progetto, e ora assegnista di ricerca CONACYT presso l'Instituto Nacional de Rehabilitación, Subdirection de Investigación Tecnológica (DIIM) a Città del Messico, chi è il primo autore dell'articolo; professori Lorenzo Leija e Arturo Vera, ricercatori del CINVESTAV del IPN a Città del Messico; ed Elia Penilla, un ricercatore post-dottorato presso l'UC San Diego che ha completato il lavoro come studente laureato presso l'UCR.

L'Ufficio per la commercializzazione della tecnologia dell'UCR ha depositato una domanda di brevetto per le invenzioni di cui sopra.