La chirurgie cérébrale par ultrasons a un énorme potentiel pour le traitement des maladies neurologiques et des cancers, mais faire passer des ondes sonores à travers le crâne et dans le cerveau n'est pas une tâche facile. Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs de l'Université de Californie, Riverside a développé un implant crânien en céramique grâce auquel les médecins peuvent délivrer des traitements par ultrasons à la demande et de manière récurrente.

Intitulé "Nouveaux implants crâniens de zircone stabilisée à l'yttria comme fenêtre acoustique pour la thérapie cérébrale par ultrasons, " un article décrivant la recherche a été publié aujourd'hui dans la revue Matériaux de santé avancés . Guillermo Aguilar, professeur et chaire de génie mécanique au Bourns College of Engineering de l'UCR, et Javier E. Garay, professeur de génie mécanique et aérospatial à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, a dirigé le projet avec des chercheurs du Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), à Mexico. Le document actuel prolonge le travail effectué par l'UCR international, projet interdisciplinaire « Window to the Brain », un partenariat avec l'UC San Diego et trois instituts de recherche au Mexique.

Les ultrasons, des ondes sonores à une fréquence plus élevée que celles audibles par les humains, peuvent être utilisés pour traiter une variété de troubles cérébraux, dont les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. L'échographie peut également être utilisée pour tuer les cellules cancéreuses, dissoudre les caillots sanguins lors d'un AVC, et ouvrir la barrière hémato-encéphalique pour améliorer l'administration du médicament.

Cependant, le crâne humain, appelé le crâne, est entre 2 et 8 mm d'épaisseur et relativement dense, ce qui signifie que la plupart des ondes sonores sont réfléchies ou absorbées avant d'atteindre le cerveau.

Pour aider les médecins à délivrer des ondes sonores thérapeutiques dans le cerveau, l'équipe a développé et testé un matériau céramique qui pourrait être utilisé pour remplacer une partie du crâne et qui permet facilement, transmission ciblée d'ondes ultrasonores dans le cerveau. Le matériel, qui est une nouvelle variante du matériau céramique Yttria Stabilisated Zirconia (YSZ), est non poreux, permettant non focalisé, ondes ultrasonores de faible intensité à traverser.

Les matériaux céramiques sont très prometteurs car ils sont biocompatibles, extrêmement difficile, et incassable, ce qui les rend idéales pour les implants. L'équipe a précédemment développé un matériau d'implant crânien YSZ pour les thérapies au laser, qui est déjà en essais précliniques. Le matériau actuel pourrait être utilisé pour administrer à la fois des traitements par ultrasons et au laser.

"Ces matériaux sont déjà utilisés dans les couronnes dentaires et les prothèses de hanche, et notre équipe travaille à étendre leur application au diagnostic et au traitement d'une grande variété de pathologies cérébrales et de troubles neurologiques, " a déclaré Aguilar.

« Développer un implant crânien transparent optiquement et aux radiofréquences était déjà une réalisation passionnante, et nous continuons à travailler pour faire de cet implant une réalité. Maintenant, prouver que les ultrasons pouvaient être transmis à travers l'implant pourrait étendre encore plus ses capacités thérapeutiques."

Garay de l'UCSD, qui a précédemment présidé le programme de science et d'ingénierie des matériaux de l'UCR, a déclaré que les résultats pourraient étendre l'application de la zircone, un matériau que l'on appelle parfois « l'acier de la céramique » en raison de sa polyvalence.

"Il est important d'apprécier que la zircone que nous avons développée fonctionne bien pour cette application car nous l'avons conçue pour avoir une faible porosité. Porosité, un défaut commun aux céramiques produites par des méthodes traditionnelles, détériore considérablement la transmission des ultrasons comme nous le montrons dans cet article, " dit Garay.

Outre Aguilar et Garay, les contributeurs sont :Mario Gutierrez, chercheur postdoctoral dans le groupe Aguilar durant ce projet, et maintenant chercheur associé au CONACYT à l'Instituto Nacional de Rehabilitación, Subdirección de Investigación Tecnológica (DIIM) à Mexico, qui est le premier auteur de l'article ; les professeurs Lorenzo Leija et Arturo Vera, chercheurs du CINVESTAV del IPN à Mexico; et Elias Penilla, un chercheur postdoctoral à l'UC San Diego qui a terminé le travail en tant qu'étudiant diplômé à l'UCR.

Le Bureau de la commercialisation de la technologie UCR a déposé une demande de brevet pour les inventions ci-dessus.