La cirugía láser de precisión reduce la propagación de las crisis epilépticas focales

En la concurrida sala de espera de un hospital, los músculos de un joven comenzaron a contraerse en un espasmo áspero e inflexible mientras un estudiante de acción rápida corría en su ayuda.

«Corrimos para ayudar a estabilizar al paciente. Para mi sorpresa, su madre nos aseguró con calma que su convulsión era algo rutinario debido a su epilepsia», dijo Seth Lieberman, Ph.D. ’21, DVM ’24, que era un estudiante universitario en ese momento.

Más tarde, Lieberman sería testigo de una segunda convulsión (irónicamente involucraba a un profesor que daba una conferencia sobre epilepsia) y muchas convulsiones caninas mientras trabajaba en el Hospital Universitario de Animales de Cornell como estudiante de posgrado en la Facultad de Medicina Veterinaria. Estas experiencias lo llevaron a aprender más sobre la enfermedad y despertaron su pasión por ayudar a quienes la padecen.

Hoy, Lieberman es parte de un equipo de investigación interdisciplinario de Cornell que ha desarrollado una nueva técnica quirúrgica que bloquea la propagación de ataques epilépticos focales en el cerebro mediante la realización de incisiones precisas con pulsos de láser de femtosegundo. El nuevo y prometedor enfoque, detallado en el diario Ciencia avanzadaofrece varias ventajas a los protocolos de tratamiento existentes.

Opciones de tratamiento limitadas

La epilepsia, caracterizada por convulsiones crónicas debidas a una actividad cerebral excitatoria descontrolada, afecta aproximadamente a una de cada 26 personas a lo largo de su vida y también es el trastorno neurológico más común en los perros.

La epilepsia focal, una subclase de la enfermedad, implica convulsiones que se originan en una región localizada del cerebro antes de extenderse al tejido circundante. Si bien los medicamentos pueden controlar la epilepsia en muchos casos, alrededor del 45% de los pacientes con epilepsia focal son resistentes o se vuelven resistentes con el tiempo. Para esas personas, el tratamiento suele implicar la extirpación quirúrgica de la parte epiléptica del cerebro.

«El problema es cuando se extirpa una gran área del cerebro; a veces esa parte es funcional», dijo el Dr. Theodore Schwartz, profesor David y Ursel Barnes de neurocirugía mínimamente invasiva en Weill Cornell Medicine, coautor del estudio.

Una alternativa que ha surgido en los últimos años, la terapia térmica intersticial con láser, utiliza un láser para calentar la región cerebral objetivo, eliminando eficazmente la fuente de las convulsiones pero también eliminando cualquier función normal asociada con esa región.

«Sólo es realmente útil si tienes un área profunda del cerebro que no mide más de 2 o 3 centímetros», dijo Schwartz.

Extirpar o quemar una región epiléptica del cerebro conlleva riesgos de ceguera, pérdida de nervios, dolor crónico, derrame cerebral y pérdida de memoria, entre muchos otros déficits neurológicos, razón por la cual Schwartz comenzó a investigar una nueva solución, una que se inspiró en un método quirúrgico inútil establecido hace más de 50 años.

Modernizar un procedimiento ‘bárbaro’

Los avances del siglo XX en la comprensión de la epilepsia revelaron que las convulsiones focales típicamente se inician en una parte de la materia gris del cerebro y se propagan a regiones cerebrales adyacentes en capas específicas, perpendiculares a las conexiones importantes para la función cerebral normal.

Este conocimiento condujo al desarrollo de múltiples transecciones subpiales, un método quirúrgico publicado por primera vez en 1973, cuyo objetivo es prevenir la propagación de las convulsiones mediante pequeñas incisiones en la corteza, cortando efectivamente la ruta de la convulsión a través del cerebro. Sin embargo, la técnica tuvo una adopción clínica limitada.

«Fue una operación muy bárbara en la que básicamente se toma un alambre doblado y se raspa el cerebro», dijo Schwartz. «Causó mucho trauma en el cerebro y fue una operación ciega e incontrolada».

Pero el concepto detrás de la cirugía (cortar la propagación de la convulsión dejando la mayor parte del cerebro intacta como sea posible) tenía sus ventajas. La idea de Schwartz era modernizar el procedimiento sustituyendo el alambre por una herramienta más precisa y guiada.

Después de investigar la idea de manera preliminar como residente de neurocirugía, Schwartz recurrió a Chris Schaffer, profesor de ingeniería biomédica y coautor del estudio, quien desarrolla bisturíes láser ultraprecisos y técnicas de imágenes en su laboratorio. Los dos se conocieron en una conferencia de Cornell y comenzaron a discutir cómo podrían trabajar juntos.

«Teníamos la idea de que si podíamos construir el bisturí adecuado, podríamos revitalizar esta idea de la década de 1970 y tal vez construirla de manera que pudiera trasladarse a toda la comunidad neuroquirúrgica», dijo Schaffer. «Eso es lo que nos impulsó a intentar utilizar este bisturí láser de femtosegundo».

Ingeniería y prueba de un bisturí láser.

El laboratorio de Schaffer utiliza pulsos de láser infrarrojo de duración de femtosegundos muy enfocados para producir cortes dentro de una muestra biológica sin afectar el tejido suprayacente. Un femtosegundo es una billonésima de segundo. Esta técnica es crucial para apuntar a la capa cortical adecuada para detener las convulsiones y al mismo tiempo preservar los vasos sanguíneos en la superficie del cerebro.

El sistema fue optimizado para producir cortes de aproximadamente 55 micrones de espesor que podrían colocarse hasta 1 milímetro en el cerebro, la profundidad necesaria para tratar a sujetos no humanos para el estudio.

Cuando llegó el momento de probar el láser, Schaffer reclutó a uno de sus estudiantes de doctorado en ese momento, Lieberman, quien casualmente había conocido a Schwartz cuando el cirujano habló en la escuela secundaria de Lieberman en Connecticut varios años antes.

«El Dr. Schwartz inspiró mi interés inicial por la neurociencia y la neurocirugía durante esa conferencia en la escuela secundaria», dijo Lieberman. «Cuando descubrí que él era el neurocirujano colaborador de este proyecto, el momento de cierre del círculo reforzó mi compromiso».

El bisturí láser se utilizó para realizar cirugías en ratones con epilepsia, que luego fueron monitoreados durante 3 a 12 meses. Los resultados fueron «increíblemente prometedores», según Lieberman. El procedimiento redujo la frecuencia de las convulsiones en la mayoría de los sujetos en un 87%. De las pocas convulsiones que aún ocurrieron, se impidió que el 95% de ellas se propagaran al resto del cerebro.

En cuanto a los riesgos del procedimiento, la cirugía provocó una modesta y transitoria disminución del flujo sanguíneo cortical. Sin embargo, cuando se aplicaron al área del cerebro que controla el movimiento, los cortes con láser no produjeron déficits significativos en el desempeño de las tareas motoras de los sujetos, lo que indica que el procedimiento no afectó notablemente la estructura o función del cerebro.

«Los resultados fueron mejores de lo que esperábamos», dijo Schwartz. «Si uno estuviera interesado en crear un tratamiento para la epilepsia utilizando estos principios, creo que hemos demostrado que sería un método muy eficaz».

Ojo al quirófano

Una pregunta pendiente es cómo trasladar el enfoque al quirófano, donde el láser tendrá que llegar a cerebros mucho más grandes y complejos, como los de perros y humanos. Los investigadores esperan lograr una mejora del bisturí láser que aumentaría la penetración de la luz a mayores profundidades, atravesaría los pliegues del cerebro sin dañar el tejido circundante y localizaría mejor el foco de la convulsión.

«Se necesitaría un mecanismo de retroalimentación que pudiera observar el cerebro, ver dónde están los vasos sanguíneos superficiales y realizar cortes robóticamente sin dañarlos», dijo Schwartz. «No sería fácil de hacer, pero todos esos son problemas de ingeniería técnica que potencialmente pueden superarse».

Lieberman prevé la aplicación más inmediata para la medicina veterinaria y dijo que reducir la frecuencia de las convulsiones en perros incluso en un 50% se consideraría un resultado exitoso. En última instancia, su objetivo es brindar tratamiento a caninos y humanos.

«La emoción que sentí cuando vi por primera vez una convulsión localizada sólo en el área de enfoque en nuestro estudio fue indescriptible», dijo Lieberman. «Me dio la esperanza de que podemos aliviar el miedo y la ansiedad asociados con las convulsiones. Cambiaría la vida de los pacientes (tanto humanos como animales) y sus familias».