Restaurando la vista
La luz que se encuentra con el ojo es detectada por células que expresan fotorreceptores, que transforman las señales de luz en señales eléctricas detectadas por las células ganglionares de la retina que transmiten estas señales al cerebro. En enfermedades oculares degenerativas como la retinitis pigmentosa y la degeneración macular, estas células sensibles a la luz mueren gradualmente, lo que provoca una ceguera progresiva.
Para tratar estas enfermedades, algunos investigadores están diseñando prótesis retinianas que aclaran el código de la electricidad pulsos reconocidos por las células ganglionares de la retina. Otros están examinando métodos para hacer que las propias células ganglionares sean sensibles a la luz. Y ahora, una tercera estrategia de investigadores de la Universidad de Cornell, publicada hoy (13 de agosto) en Proceedings of the National Academy of Sciences, se basa en ambos esfuerzos al crear un sistema en el que el código de las células ganglionares de la retina se transforma en pulsos de luz que envían señales a las neuronas transgénicas que se expresan con un receptor sensible a la luz.
Necesitamos alternativas [a los dispositivos actuales], dijo James Weiland en Doheny…
Por ejemplo, la empresa de prótesis de retina Second Sight, que colabora con Weiland, utiliza electrodos implantables que reciben señales de una cámara que se lleva en las gafas de sol. Las imágenes digitales de la cámara se transforman en pulsos eléctricos basados en el brillo de los píxeles, que se transmiten de forma inalámbrica a una matriz de electrodos en el ojo del paciente. Los pulsos de los electrodos estimulan las neuronas de la retina, incluidas las células ganglionares de la retina. Los resultados de un ensayo clínico reciente demuestran que los pacientes con retinosis pigmentaria pueden recuperar algunas funciones visuales, como detectar movimiento y ubicar objetos, y que estos pacientes pueden lograr una visión de 20/1262. Pero Sheila Nirenberg de Cornell argumenta que esto no es suficiente, dado que 20/200 es legalmente ciego.
Una de las razones de este éxito limitado puede ser que los electrodos implantados de Second Sights no se disparan en los mismos patrones que los células ganglionares de la retina de personas con visión normal. Las células ganglionares de la retina estimuladas por células sensibles a la luz disparan patrones específicos en respuesta a imágenes específicas, lo que nos permite distinguir diferentes objetos, como árboles de rostros. Para restaurar una vista significativa, Nirenberg, como muchos otros investigadores, cree que un dispositivo médico debe estimular las células ganglionares de la retina en los ojos de los pacientes ciegos para enviar las mismas señales que en los ojos videntes. En otras palabras, las prótesis retinianas deben encontrar una forma de codificar una imagen que entra en el ojo, como una cara, en un patrón de señal que haga que las células ganglionares de la retina en una retina ciega disparen el mismo patrón estimulado por la cara en una retina vidente. retina.
Para lograr esto, Nirenberg y sus colegas diseñaron un sistema que combina un codificador y un proyector. El codificador transformó imágenes, como la cara de un niño, en el patrón correcto de pulsos de luz, que luego se proyectó a las células ganglionares de la retina que habían sido transfectadas con el receptor sensible a la luz canalrodopsina 2 (ChR2). Usando retinas de ratón aisladas, los investigadores demostraron que las imágenes transformadas en pulsos de luz podrían estimular los ganglios que expresan ChR2 para disparar en un patrón similar al de las retinas videntes. Sin embargo, si los ganglios que expresan ChR2 solo estuvieran expuestos a la imagen, dispararían con un patrón diferente, lo que sugiere que el codificador sería necesario para proporcionar al cerebro una visualización real de la cara.
Para mostrar que los pulsos de luz podrían mejorar la vista en ratones ciegos, Nirenberg analizó el seguimiento ocular. Inmovilizó ratones para permitir que el codificador apuntara su luz a sus ojos. Los ratones ciegos que expresan ChR2 no pueden rastrear estímulos externos (en este caso, una onda sinusoidal que se muestra en una pantalla), pero sus ojos cambiaron de rumbo cuando el estímulo se transformó en pulsos de luz. Nirenberg imagina un dispositivo protésico montado en anteojos, en el que el codificador transforma las imágenes capturadas por la cámara en pulsos de luz que se proyectan desde la cámara hacia el ojo.
Pero otros investigadores de prótesis retinianas se muestran escépticos sobre el enfoque de Nirenberg. Cualquier prótesis potencial basada en esta estrategia enfrenta desafíos técnicos similares a los de otros implantes diseñados para enviar señales codificadas a las células ganglionares de la retina, explicó EJ Chichilnisky, quien estudia la codificación de la retina y el diseño de prótesis en el Instituto Salk, pero no participó en la investigación. Hay alrededor de 20 tipos diferentes de células ganglionares que transmiten diferentes señales a diferentes objetivos en el cerebro, cada uno de los cuales necesitará un codificador diferente. Asegurarse de que cada uno esté dirigido por el código correcto de pulsos de luz será difícil, dado que los diferentes tipos de células están entremezclados y son difíciles de identificar, y el ojo se mueve constantemente, dijo.
El cerebro estar confundido, estuvo de acuerdo Daniel Palanker, quien también trabaja para crear implantes de retina para restaurar la visión en la Universidad de Stanford, pero no participó en la investigación. Esperará muchos códigos diferentes, pero el implante entregará un código de muchas células diferentes.
Este inconveniente también afecta a otras estrategias, como Second Sights, explicó Weiland, aunque no cree que esto sea un trato. rompiendo piedra de tropiezo. El proyector está estimulando las células ganglionares indiscriminadamente, pero en [otros sistemas] las personas aún pueden ver la luz y realizar tareas simples, dijo. No es necesario recrear perfectamente las señales de la retina para mejorar la vista de los pacientes.
Además, hay muchos desafíos involucrados en el uso de la terapia génica para expresar un receptor fotosensible en los ojos de los pacientes humanos, una estrategia que aún tiene que superar la fase de experimentación con animales. La transfección genética en los ensayos clínicos generalmente se limita a la vida o la muerte, señaló Jessica Winter, quien diseña recubrimientos biocompatibles para prótesis neurales en la Universidad Estatal de Ohio, pero no participó en la investigación. ¿Qué tan ciego tiene que ser un paciente para arriesgarse a esto?
Incluso si se superaran tales obstáculos genéticos, es posible que ChR2 no sea el fotorreceptor ideal para las células ganglionares. Los fotorreceptores del ojo pueden amplificar la energía de un fotón en 100 000 voltios, lo que permite ver en condiciones de luz natural, algo que ChR2 aún no puede hacer. Como resultado, los altos niveles de luz necesarios para estimular un receptor transfectado pueden ser intolerables para los pacientes que retienen cualquier sensibilidad a la luz, explicó Chichilnisky. Weiland estuvo de acuerdo en que el transductor [ChR2] debe volverse más sensible.
S. Nirenberg, C. Pandarinath, Implante de retina con capacidad para restaurar la visión normal, Proceedings of the National Academy of Sciencse, doi: 10.1073/pnas.1207035109, 2012.
¿Le interesa leer más?
Conviértase en miembro de
Reciba acceso completo a más de 35 años de archivos, así como a TS Digest, ediciones digitales de The Scientist, artículos destacados y mucho más. Únase gratis hoy ¿Ya es miembro?Inicie sesión aquí