El líquido cefalorraquídeo (LCR) se segrega predominantemente del plasma sanguíneo y baña las superficies externas del cerebro y la médula espinal. Mantiene el equilibrio electrolítico del sistema nervioso central (SNC), sirve como medio para el suministro de nutrientes a las células neuronales y gliales y la eliminación de productos de desecho del metabolismo celular. También transporta hormonas, neurotransmisores y otros neuropéptidos por todo el SNC. La desregulación de la circulación del LCR puede comprometer el transporte de estos solutos y las funciones fisiológicas normales del SNC.

El LCR también proporciona un conducto para la administración de analgésicos potentes y quimioterapia al SNC, un procedimiento de administración de fármacos que a menudo se denomina administración de fármacos intratecal o intraespinal (ITDD). Hasta la fecha, no existe una metodología integral capaz de predecir el transporte a largo plazo, específico del paciente, de moléculas de soluto en el LCR en el canal espinal. Así, el principal objetivo de esta propuesta es desarrollar una metodología de modelado capaz de predecir el transporte de moléculas de soluto a lo largo del canal espinal en cada condición anatómica y fisiológica específica de cada paciente, y aplicarla para optimizar los protocolos ITDD. El modelo combina el uso de análisis asintóticos en dos escalas de tiempo del campo de velocidad Euleriano del LCR en el canal espinal con experimentos in-vitro y mediciones radiológicas detalladas in-vivo específicas del paciente. La metodología propuesta es válida para las difusividades moleculares que se encuentran típicamente en los medicamentos administrados por vía intratecal y tiene en cuenta los efectos convectivos del LCR, incluida la «dispersión incrementada por la cortadura», «steady-streaming» y «Stokes drift», para determinar el transporte Lagrangiano del soluto en el espacio subaracnoideo (SAS) del canal espinal. El desarrollo de malformaciones como Chiari I, y la siringomielia asociada, provocan un movimiento anormal del flujo cerebroespinal, lo que tiene importantes implicaciones en el desarrollo de estas enfermedades. Así, esta propuesta también se centra en el análisis del flujo en el espacio subaracnoideo superior para describir cambios en la dinámica del LCR cuando está presente la malformación de Chiari I. Los resultados esperados de la investigación propuesta son los siguientes: se proporcionará una comprensión detallada de los mecanismos que regulan el transporte de todas las moléculas importantes clave para el funcionamiento del SNC, también se espera proporcionar una metodología que permita optimizar los protocolos de ITDD y se aclarará algunos de los posibles mecanismos que conducen a la formación de una siringe, una bolsa llena de líquido o un quiste, en la médula espinal en pacientes con malformación de Chiari.