Mejor audición con implantes cocleares ópticos
Izquierda: Imagen microscópica en 3D de un implante coclear basado en LED óptico (LED azules en encapsulado de silicona gris) con células ciliadas (naranja) y nervio auditivo (azul/verde) en la cóclea de un oído común tití. Derecha: implante coclear óptico en la espira basal de la cóclea del tití. Las células nerviosas auditivas se muestran en el centro (azul/verde). La membrana timpánica (amarilla), el martillo (gris oscuro) y el yunque (gris) se muestran en el fondo. El estribo está oculto por la cóclea. Crédito: Daniel Keppeler, UMG
Los implantes cocleares permiten a las personas con discapacidad auditiva profunda ganar mucho en términos de calidad de vida, incluida la comprensión de las palabras habladas y el desarrollo del habla normal. Sin embargo, los ruidos de fondo son problemáticos; comprometen significativamente la comprensión del habla de las personas con implantes cocleares. El equipo dirigido por Tobias Moser del Instituto de Neurociencia Auditiva e InnerEarLab en el Centro Médico Universitario de Gttingen y del Laboratorio de Neurociencia Auditiva y Optogenética en el Instituto Alemán de Primates CenterLeibniz para la Investigación de Primates (DPZ), por lo tanto, está trabajando para mejorar los implantes cocleares. Los científicos quieren usar métodos de ingeniería genética para hacer que las células nerviosas del oído sean sensibles a la luz para que luego puedan ser estimuladas con luz en lugar de electricidad, como es el caso actualmente. Mediante el uso de la luz, los científicos esperan poder estimular las neuronas del oído de forma más selectiva.
Ahora, el equipo ha dado un paso importante hacia el desarrollo del implante coclear óptico. En colaboración con un equipo de físicos de rayos X dirigido por Tim Salditt, quien, al igual que Moser, también realiza investigaciones en el Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) Gttingen, pudieron utilizar técnicas de imagen combinadas de tomografía de rayos X y fluorescencia. microscopía para crear imágenes detalladas de la cóclea de roedores y primates no humanos. Esto determinó parámetros importantes para el diseño y la consistencia del material de los implantes cocleares ópticos. Además, los investigadores, que incluyen científicos del Centro de Investigación Colaborativo 889, lograron simular la propagación de la luz en la cóclea del tití común. Los resultados de la simulación muestran que es posible la estimulación optogenética espacialmente limitada de las neuronas auditivas. En consecuencia, la estimulación óptica daría lugar a una impresión auditiva mucho más diferenciada que la estimulación eléctrica utilizada hasta ahora. Los resultados del estudio se publicaron en la revista científica PNAS.
430 millones de personas, más del 5% de la población mundial, se ven afectadas por pérdida de audición y sordera, según datos actuales de la Organización Mundial de la Salud (OMS) estimados. Las causas son muchas: factores genéticos, infecciones, enfermedades crónicas, traumatismos en el oído o la cabeza, sonidos fuertes y ruidos, pero también efectos secundarios de los medicamentos. Los audífonos y los implantes cocleares eléctricos siguen siendo los dispositivos más utilizados para rehabilitar la pérdida auditiva, siendo estos últimos usados por más de 700.000 personas en todo el mundo. Los implantes cocleares eléctricos permiten a los usuarios con sordera profunda o dificultades auditivas comprender el habla en ausencia de señales no verbales, por ejemplo, en el teléfono. Sin embargo, el ruido de fondo perjudica significativamente esta comprensión. Incluso las sutilezas lingüísticas que transmiten los hablantes al cambiar el tono o la melodía del habla no pueden ser captadas por implantes convencionales. Esto se debe principalmente a la baja resolución de frecuencia e intensidad. Los implantes cocleares eléctricos estimulan las células nerviosas del oído por medio de una corriente eléctrica transmitida de 12 a 24 electrodos. Sin embargo, la corriente se distribuye ampliamente en el fluido de la cóclea, lo que afecta la calidad auditiva. Dado que la luz se puede enfocar, la estimulación optogenética de las neuronas auditivas prevista por el equipo de Tobias Moser promete mejorar significativamente la resolución de frecuencia e intensidad.
El desarrollo de implantes cocleares ópticos es una tarea compleja que involucra a muchos investigadores de diferentes disciplinas. , desde la investigación en principios básicos hasta aplicaciones clínicas. Un factor es la complicada estructura de la cóclea, que es poco accesible para la investigación, incluso mediante imágenes, porque está profundamente incrustada en el hueso temporal. Sin embargo, el conocimiento detallado de la estructura de la cóclea es fundamental para el desarrollo de una terapia innovadora para la sordera.
Los investigadores se basan en estudios con animales para desarrollar la terapia génica y los implantes cocleares ópticos y probar su eficacia y seguridad. Los modelos animales adecuados incluyen roedores como ratones, ratas, jerbos y, a medida que avanza la investigación, primates no humanos. En DPZ, el Laboratorio de Neurociencia Auditiva y Optogenética realiza investigaciones con titíes comunes, cuyo comportamiento en la comunicación vocal es similar al de los humanos. «Para los estudios preclínicos (tardíos), es necesario un conocimiento detallado de la anatomía de la cóclea. Usamos tomografía de rayos X de contraste de fase y microscopía de fluorescencia de hoja de luz, así como una combinación de ambos, para obtener imágenes de la estructura de la cóclea. de los principales modelos de roedores y titíes comunes», explicó Daniel Keppeler, primer autor del estudio.
«Para imágenes multimodales y de escala cruzada, desarrollamos instrumentos y métodos especiales, tanto aquí en nuestro laboratorio como con radiación de sincrotrón», agrega el socio colaborador Tim Salditt, profesor del Instituto de Física de Rayos X en la Universidad de Gtinga, quien dirigió el equipo de investigación en tomografía de rayos X. «De esta manera, pudimos obtener información detallada sobre la anatomía de los huesos, los tejidos y las células nerviosas. Estos parámetros son relevantes para el desarrollo de implantes específicos para estas especies», dice Daniel Keppeler.
Un hombre joven con un implante coclear. El implante coclear se considera la neuroprótesis de mayor éxito y proporciona comprensión del habla en un entorno silencioso a más de 700 000 usuarios en todo el mundo. Crédito: Karin Tilch/Deutsches Primatenzentrum
Con los datos obtenidos sobre la anatomía de las diferentes cócleas, el equipo también pudo diseñar un implante con emisores LED para titíes comunes y luego el implante fue insertado por Alexander Meyer, un oído experimentado. , cirujano de nariz y garganta, en el Centro Médico Universitario de Gttingen de manera análoga a la cirugía en humanos.
Además, los investigadores utilizaron datos de imágenes para simular la propagación de la luz generada por los emisores de los implantes ópticos en la cóclea de los primates no humanos. «Nuestras simulaciones indican una excitación optogenética espacialmente limitada de las neuronas auditivas y, por lo tanto, una selectividad de frecuencia más alta que con la estimulación eléctrica anterior. Según estos cálculos, los implantes cocleares ópticos conducen a una audición significativamente mejorada del habla y de la música», concluye Tobias Moser, autor principal. de El estudio.
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Mejorando la precisión de los dispositivos biónicos con luz Más información: Daniel Keppeler el al., «Imágenes fotónicas multiescala de la cóclea nativa e implantada», PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2014472118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Centro Alemán de Primates Cita : Mejor audición con implantes cocleares ópticos (26 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-optical-cochlear-implants.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.