Em breve, Alzheimer e cancro poderão ser tratados com sons inaudíveis.

Ondas sonoras com frequências acima do limite de audição humana são utilizadas de forma rotineira nos cuidados de saúde.

Conhecidas como ultrassons, estas ondas ajudam os profissionais a diagnosticar e a acompanhar doenças e, em muitos casos, oferecem também as primeiras imagens dos mais recentes membros da família.

E, graças a avanços recentes, pessoas com patologias que vão do cancro a doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer poderão, em breve, tirar partido desta tecnologia.

Sou engenheiro biomédico e estudo de que modo os ultrassons focalizados - a concentração de energia sonora num volume bem definido - podem ser ajustados com precisão para tratar diferentes condições.

Nos últimos anos, esta abordagem cresceu de forma significativa e passou a ser usada com mais frequência em ambiente clínico. Em paralelo, investigadores continuam a encontrar novas formas de aplicar os ultrassons focalizados no tratamento de doenças.

Ultrassons focalizados: uma breve história

Os ultrassons são produzidos por uma sonda que integra um material capaz de converter corrente elétrica em vibrações - e de fazer o processo inverso. À medida que as ondas ultrassónicas atravessam o corpo, refletem-se nas fronteiras entre diferentes tipos de tecido. A sonda capta esses ecos e transforma-os novamente em sinais elétricos, que os computadores utilizam para construir imagens desses tecidos.

Há mais de 80 anos, cientistas observaram que, ao concentrar ondas ultrassónicas num volume aproximadamente do tamanho de um grão de arroz, era possível aquecer e destruir tecido cerebral. O princípio é semelhante a focar a luz do sol com uma lupa para incendiar uma folha seca.

Com base nessa descoberta, os primeiros investigadores começaram a explorar o potencial dos ultrassons focalizados no tratamento de perturbações neurológicas, de dor e até de cancro.

Apesar dos resultados iniciais, existiam obstáculos técnicos que atrasaram a aplicação clínica. Um exemplo importante: como o crânio absorve energia ultrassónica, tornou-se difícil enviar feixes com energia suficiente para alcançar tecido cerebral danificado mantendo o foco pretendido.

Com o tempo, os investigadores resolveram este problema ao combinar grandes matrizes de transdutores de ultrassons - as sondas que convertem sinais elétricos em vibrações, e vice-versa - com informação obtida por imagem sobre a forma e a densidade do crânio. Esta integração tornou possível afinar muito melhor os feixes até ao alvo.

Só depois de progressos decisivos em tecnologia de imagiologia e em física acústica, nos últimos anos, é que o potencial dos ultrassons começou a concretizar-se na prática clínica. Centenas de ensaios clínicos destinados a tratar dezenas de condições já foram concluídos ou estão em curso.

Um dos exemplos mais marcantes é o sucesso numa condição chamada tremor essencial, que provoca tremores involuntários, normalmente nas mãos. Os tratamentos com ultrassons focalizados para o tremor essencial são hoje realizados de forma rotineira em muitos locais por todo o mundo.

Na minha perspetiva, algumas das aplicações mais entusiasmantes dos ultrassons focalizados incluem melhorar a administração de fármacos ao cérebro, estimular respostas imunitárias contra o cancro e tratar doenças raras do sistema nervoso central.

Administração de fármacos ao cérebro

A barreira hematoencefálica é uma solução evolutiva notável para impedir que substâncias nocivas cheguem a um órgão tão crítico. Esta barreira é formada por células muito estreitamente ligadas entre si, que revestem o interior dos vasos sanguíneos.

Ela só permite a entrada no cérebro de certos tipos de moléculas, protegendo contra agentes patogénicos e toxinas. No entanto, no contexto do tratamento de doenças, a barreira hematoencefálica torna-se um problema, porque bloqueia terapias que deveriam chegar ao seu alvo.

Há mais de 20 anos, estudos pioneiros mostraram que a aplicação de pulsos de baixa intensidade de ultrassons focalizados podia abrir temporariamente a barreira hematoencefálica ao induzir a oscilação de microbolhas nos vasos sanguíneos.

Ao oscilarem, essas microbolhas exercem forças de “empurrar e puxar” sobre as paredes dos vasos, abrindo por instantes poros minúsculos que permitem que fármacos presentes no sangue penetrem no cérebro. Um ponto crucial é que a abertura da barreira ocorre apenas nas áreas onde os ultrassons focalizados são aplicados.

Depois de muitos anos a validar a segurança desta técnica e a melhorar o controlo da energia ultrassónica, os investigadores desenvolveram vários dispositivos que recorrem a ultrassons focalizados para abrir a barreira hematoencefálica com fins terapêuticos.

Estão em curso ensaios clínicos a avaliar a capacidade destes dispositivos para administrar fármacos ao cérebro no tratamento de condições como glioblastoma, metástases cerebrais e a doença de Alzheimer.

Em paralelo, registou-se um progresso expressivo no desenvolvimento de terapias génicas para múltiplas doenças do cérebro. A terapia génica consiste em corrigir ou substituir material genético defeituoso para tratar uma doença específica.

Aplicar terapia génica ao cérebro é particularmente difícil, porque estas terapias, regra geral, não atravessam a barreira hematoencefálica.

Estudos em animais indicaram que a abertura da barreira hematoencefálica com ultrassons focalizados pode facilitar a chegada das terapias génicas aos seus alvos no cérebro, abrindo caminho para testar esta abordagem em pessoas.

Estimular respostas imunitárias contra o cancro

A imunoterapia do cancro ensina o próprio sistema imunitário do doente a combater a doença. No entanto, muitos doentes - em especial os que têm cancro da mama, cancro do pâncreas e glioblastoma - apresentam tumores imunologicamente "frios", isto é, pouco responsivos às imunoterapias tradicionais.

Os investigadores perceberam que os ultrassons focalizados podem destruir tumores sólidos de formas que ajudam o sistema imunitário a reconhecer e a eliminar melhor as células cancerígenas.

Um dos mecanismos propostos é transformar o tumor em detritos que, literalmente, seguem para os gânglios linfáticos. Quando as células imunitárias nesses gânglios entram em contacto com esse material, podem desencadear uma resposta imunitária dirigida especificamente contra o cancro.

Motivada por estes avanços, a University of Virginia criou, em 2022, o primeiro centro mundial de imuno-oncologia com ultrassons focalizados, com o objetivo de apoiar a investigação nesta área e acelerar a translação das abordagens mais promissoras para a clínica.

Por exemplo, colegas meus estão a conduzir um ensaio clínico nesse centro para testar a utilização combinada de ultrassons focalizados e imunoterapia no tratamento de doentes com melanoma avançado.

Tratar doenças raras com ultrassons focalizados

A investigação em ultrassons focalizados tem-se concentrado sobretudo nas doenças mais devastadoras e mais comuns, como o cancro e a doença de Alzheimer. Ainda assim, considero que a evolução contínua e o uso crescente de ultrassons focalizados na clínica acabarão por beneficiar também pessoas com doenças raras.

Uma doença rara que desperta particular interesse no meu laboratório é a malformação cavernosa cerebral, ou CCM. As CCM são lesões no cérebro que surgem quando as células que formam os vasos sanguíneos entram num crescimento descontrolado. Embora sejam pouco frequentes, quando estas lesões aumentam e sangram podem provocar sintomas neurológicos incapacitantes.

O tratamento mais habitual para CCM é a remoção cirúrgica das lesões cerebrais; contudo, algumas CCM localizam-se em regiões do cérebro de acesso difícil, o que aumenta o risco de efeitos secundários. A radioterapia é outra opção, mas também pode causar efeitos adversos graves.

Verificámos que a abertura da barreira hematoencefálica com ultrassons focalizados pode melhorar a administração de fármacos às CCM. Além disso, observámos também que o próprio tratamento com ultrassons focalizados conseguiu travar o crescimento das CCM em ratinhos, mesmo sem administração de qualquer medicamento.

Embora ainda não compreendamos como é que os ultrassons focalizados estabilizam as CCM, a vasta investigação sobre a segurança desta técnica - em doentes tratados por outras condições - permitiu que neurocirurgiões começassem a desenhar ensaios clínicos para testar esta abordagem em pessoas com CCM.

Com mais investigação e novos avanços, espero que os ultrassons focalizados se tornem uma opção terapêutica viável para muitas doenças raras devastadoras.

Richard J. Price, Professor de Engenharia Biomédica, University of Virginia

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.