HYCECEN – Hidrodinámica del líquido cefalorraquídeo en el sistema nervioso central: fisiología, dispersión de fármacos, patólogias y aplicaciones a dispositivos médicos (PID2023-151343NB-C31/C32).
Duration
01/09/2024 hasta 31/08/2027
Summary
El proyecto solicitado representa el esfuerzo coordinado de tres grupos de investigación pertenecientes a las universidades de Jaén, Granada y Carlos III de Madrid respectivamente, y surge como continuación natural de más de 15 años de investigación realizada en el seno de proyectos coordinados anteriores entre estos grupos. El objetivo general del proyecto es mejorar el conocimiento de las relaciones fisiológicas del movimiento del líquido cefalorraquídeo (LCR) en el Sistema Nervioso Central (SNC), el transporte de medicamentos en el mismo y su relación con el desarrollo de enfermedades neurológicas, así como el desarrollo de dispositivo médicos de administración de fármacos o eliminación de moléculas tóxicas responsables de enfermedades. En trabajos anteriores el grupo solicitante (Subproyecto 2) ha llevado a cabo fundamentalmente experimentos in-vitro del movimiento del líquido cefalorraquídeo (LCR) en el canal espinal en una configuración canónica, donde el espacio subaracnoideo, de espesor ho, se modela por el espacio entre dos cilindros de radio R<<ho, que pueden ser concéntricos o tener una pequeña excentricidad. Además, ha realizado un estudio de efecto de la presencia de obstáculos en el canal espinal y del flujo de LCR en geometrías afectadas por Chiari tipo 1 y siringomielia. Así, en el Subproyecto 2, liderado por la Universidad de Granada, se pretenden extender estos estudios a geometrías y condiciones realistas, complementándose con experimentos in-vivo. Para ello: 1) se llevarán a cabo experimentos in-vivo, mediante RMN funcional de la relación de la presión intracraneal y el flujo de LCR, de la respuesta del flujo del LCR craneal a estímulos visuales y/o motores, y del flujo en el acueducto cerebral, así como de sus implicaciones en la eliminación de sustancias desecho en el CNS; 2) se realizarán experimentos in-vitro e in-vivo del efecto de la microanatomía del canal espinal en el movimiento del LCR, así como en el transporte de medicamentos, para lo que también se analizará el efecto de los protocolos de inyección de los mismos; 3) asimismo, se realizará el estudio experimental in-vivo e in-vitro del flujo en el interior de una siringe y su relación con la geometría y las condiciones de flujo de LCR oscilatorio en el canal espinal; 4) finalmente, se trabajará en el desarrollo conjunto con el resto de subproyectos de un dispositivo de liberación de medicamentos. Para ello, el subproyecto cuenta con un grupo de investigadores interdisciplinar, formado por ingenieros y neurocirujanos en su equipo de investigación, cuya participación resultará esencial en la adquisición de datos médicos en pacientes, que será complementado con la participación de científicos expertos en análisis de imagen médica o bioingeniería, entre otros y el apoyo y colaboración de investigadores de Neurostech. Finalmente, se debe enfatizar que el Subproyecto 2 está estrechamente entrelazado con las tareas propuestas en los Subproyectos 1 y 3, respectivamente. Estamos convencidos de que, a través de la sinergia entre los tres equipos de investigación podemos adquirir un conocimiento profundo del tema que nos ocupa, que generará beneficios tanto a corto como a largo plazo para la sociedad.
Goals
Los objetivos globales del proyecto tienen un nexo común que representa la filosofía de trabajo del mismo: el conocimiento de los fenómenos físicos que subyacen a cada proceso es la mejor guía para generar nuevas aplicaciones tecnológicas. Esta idea constituye la columna vertebral del proyecto.
Objetivo Global 1: Revelar los mecanismos que subyacen al movimiento del LCR en el sistema nervioso central y su acoplamiento fisiológico con los sistemas circulatorio y respiratorio.
Objetivo Global 2: Desarrollar un modelo integral capaz de proporcionar predicciones cuantitativas, específicas para cada sujeto, sobre la dispersión de fármacos.
Objetivo Global 3: Revelar los mecanismos aún desconocidos que rigen el desarrollo y la progresión de la siringomielia en pacientes con malformación de Chiari I.
Objetivo Global 4: Probar la viabilidad física de los sistemas de administración de fármacos sin bomba y de filtración de LCR.
Tasks
Results
Technical or international scientific impact
Se espera que el alto grado de innovación asociado al proyecto tenga un impacto científico y técnico importante. En particular, el proyecto aborda el estudio del flujo del Líquido Cefalorraquídeo (LCR) en el canal espinal mediante un enfoque diferente a los tradicionalmente propuestos: la aplicación de mecanismos conocidos en mecánica de fluidos que aún no están claramente identificados en este tipo de flujos biológicos. La caracterización del movimiento del LCR en el espacio subaracnoideo espinal, del transporte de fármacos y de su origen fisiológico constituiría sin duda un importante avance en el conocimiento, no sólo en el campo de la Mecánica de Fluidos, sino también en el de la medicina clínica. Consideramos que los resultados de esta investigación podrían conducir a la comprensión del flujo y transporte en el canal espinal y en la cavidad craneal, que incluye el sistema linfático, la determinación no invasiva de la presión intracraneal (PIC) o las causas y efectos del CM1 y la siringomielia, así como al desarrollo tratamientos personalizados a cada paciente. Dichos procedimientos servirán de guía y apoyo a los neurocirujanos y neurorradiólogos y abrirán la posibilidad de diseñar procedimientos o tratamientos sustentados en evidencia científica. La determinación no invasiva de la PIC aportaría importantes beneficios, ya que reduciría significativamente el riesgo asociado a procedimientos invasivos, extendiendo su uso a un mayor número de pacientes y en la determinación clínica de otras patologías, así como en el proceso de toma de decisiones. Además, eliminaría las restricciones temporales asociadas a los métodos invasivos, especialmente valiosos en el caso de pacientes crónicos y que necesitan un seguimiento continuo. Se espera que la caracterización del movimiento en el sistema linfático y el efecto de los estímulos sobre el flujo craneal del LCR, aún desconocidos hoy en día, influya en la comprensión de la eliminación de productos de desecho del SNC, asociados a algunas enfermedades mentales, como la Alzheimer. El estudio de los procesos mecánicos de los biofluidos y el impacto en la hidrodinámica causado por la siringomielia asociada a CM1, puede ayudar a mejorar la eficiencia y el impacto del tratamiento médico asociado. Así, los resultados del proyecto orientan el desarrollo de nuevos procesos quirúrgicos específicos para tratar de forma más adecuada las afecciones que afectan al flujo. Además de estas patologías, otras enfermedades como la leucemia o la hidrocefalia también podrían ser objeto de los resultados del proyecto, lo que da una buena estimación del gran número de personas que podrían beneficiarse de los avances en esta línea de investigación. Como beneficio adicional del proyecto, el desarrollo de las secuencias de adquisición de resonancia magnética específicas necesarias y el procesamiento de imágenes planificado después de los experimentos in-vivo puede implicar la mejora o implementación de algoritmos específicos, para uso general en diagnóstico por imagen. En conjunto, los aspectos anteriores pueden representar avances importantes en los campos de la medicina personalizada; investigación clínica y traslacional; o enfermedades raras, identificadas como líneas de trabajo prioritarias en la prioridad temática de Salud, lo que supone un importante ahorro económico en medicamentos, estancias hospitalarias y tratamientos.




