Este estudio presenta una modelización numérica de la propagación de ultrasonidos en el oído interno (OI) utilizando modelos ovinos, con el objetivo de optimizar la administración de medicamentos mediante sonoporación a través de la membrana de la ventana redonda (MVR). Para ello, se emplearon imágenes de tomografía computarizada (TC) para construir modelos 3D precisos del OI y simular la propagación de ondas ultrasónicas generadas por una sonda posicionada frente a la MVR tras una mastoidectomía simulada. Los investigadores analizaron tanto el impacto del posicionamiento de la sonda como los posibles incrementos térmicos en los tejidos. Los resultados demuestran que la sonoporación mediante un abordaje transmastoideo, con un posicionamiento centrado de la sonda sobre la MVR, permite alcanzar presiones acústicas (PA) adecuadas para una permeabilización efectiva sin provocar un aumento significativo de temperatura. El modelo desarrollado sienta las bases para diseñar protocolos de ultrasonido optimizados y seguros para la administración farmacológica localizada en el OI.
Temas principales y hallazgos clave
Necesidad de tratamientos dirigidos al oído interno (OI): Actualmente, no existen tratamientos específicamente diseñados para la administración localizada de medicamentos en el OI. Las patologías que afectan al OI, como la pérdida auditiva y los trastornos vestibulares, son frecuentes y altamente incapacitantes, y los tratamientos sistémicos disponibles suelen ser poco efectivos debido a la barrera anatómica del OI.
«To date, no treatment has been developed for targeted delivery to the inner ear (IE).»
«Pathologies affecting the IE, causing disorders such as hearing loss and vertigo, are common and disabling. However, the intricate anatomy and function of the IE present hurdles for targeted drug delivery.»
La sonoporación como método prometedor: La sonoporación, que combina ultrasonido con microburbujas de gas, aumenta la permeabilidad de la MVR, facilitando la difusión dirigida de medicamentos hacia el OI. Esto ofrece una alternativa potencialmente más eficaz y segura frente a las técnicas actuales.
«Sonoporation, a promising drug delivery method, increases the permeability of round window membranes (RWMs), enhancing drug diffusion to the IE.»
«Sonoporation… allows targeted, efficient, and safe delivery of a wide range of therapeutic molecules… while minimizing systemic side effects.»
Dificultades en la administración acústica: La compleja y heterogénea anatomía del OI dificulta la entrega acústica eficiente de medicamentos. La medición directa de la presión acústica (PA) in situ es prácticamente imposible.
«Acoustically mediated drug delivery into the IE is challenging because of the heterogeneous and complex anatomy of the IE.»
Modelización numérica para optimizar los parámetros: El estudio utiliza modelización numérica basada en TC de cabezas de ovejas (dado el parecido de su OI con el humano) para simular la propagación del ultrasonido y determinar parámetros óptimos para la sonoporación.
«This study aimed to model ultrasound propagation in the IE to ensure adequate AP for RWM sonoporation.»
Validación experimental del modelo: Se realizaron experimentos preliminares para validar el modelo computacional, comparando los campos de presión acústica medidos en agua con los resultados simulados. Se observó una excelente concordancia entre ambos.
«The results indicate a great congruence in the acoustic pressure values, with a −3 dB focus area of 13.87 ± 1.12 and 14.45 ± 0.69 mm² in the experimental and simulated models.»
Impacto del posicionamiento de la sonda: El ángulo y la distancia de la sonda respecto a la MVR tuvieron un efecto mínimo sobre la PA alcanzada. No obstante, el centrado axial preciso (<2 mm respecto al centro de la MVR) fue clave para mantener una presión adecuada.
«The angle and distance of the probe relative to the RWM have minimal effect on the AP; the main effect is caused by centering the probe on the RWM.»
Atención al efecto de las microburbujas: La presencia de microburbujas produjo una atenuación significativa de la PA, reduciéndola a niveles adecuados (~320 kPa) y evitando potenciales daños asociados a ondas estacionarias.
«However, when the ultrasound attenuation of MBs… was implemented in the numerical simulation, the PNP decreased to 320.70 ± 50.23 kPa in the ROI.»
Evaluación térmica: El modelo también evaluó los incrementos térmicos asociados a la exposición ultrasónica. Aunque se observó un leve aumento de temperatura (máximo de 38.89°C ± 0.24°C), estos valores no alcanzaron el umbral considerado riesgoso (46°C), garantizando la seguridad del procedimiento.
«No significant thermal elevation was observed.»
«A maximal temperature peak of 38.89 °C ± 0.24 °C was calculated in the basal turn of the cochlea.»
Limitaciones y perspectivas: El modelo no considera aún la dinámica de vibración de las microburbujas sobre el campo acústico. Dada la dificultad de mediciones ex vivo confiables en el OI, son necesarias validaciones in vivo para confirmar la seguridad y eficacia del protocolo. Este modelo posee potencial para futuras adaptaciones en aplicaciones clínicas humanas.
«Future studies must verify the feasibility and safety of the ultrasound protocol proposed in this paper through in vivo experiments.»
«This simulation model holds potential for future development and adaptation for human application.»
Conclusión
Este trabajo demuestra el potencial de la modelización numérica basada en TC para diseñar protocolos de sonoporación seguros y eficaces dirigidos al oído interno. Al integrar parámetros realistas, como la atenuación por microburbujas y la importancia del posicionamiento preciso de la sonda, los resultados marcan un avance clave en el desarrollo de tratamientos auditivos localizados y personalizados.