La retina artificial podría restaurar la vista a los ciegos

Dos investigadores en los Estados Unidos han dado un gran paso adelante en el desarrollo de tecnología para ayudar a las personas ciegas a ver: han creado una retina artificial que restableció la visión normal en ratones ciegos. Y ya han ideado una forma de crear un dispositivo similar para los monos, que esperan rediseñar y probar rápidamente para uso humano.
Las retinas artificiales no son una nueva invención, sin embargo, las producidas hasta el momento solo producen campos visuales rudos donde el usuario ve manchas y bordes de luz que los ayudan a navegar.
Pero la que han desarrollado Sheila Nirenberg y Chethan Pandarinath en Weill Cornell Medical College en Nueva York permite a los animales detectar rasgos faciales y rastrear imágenes en movimiento.
Informan su avance en línea en la edición del 13 de agosto del Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

Característica única: señales neuronales codificadas

Su retina artificial es diferente porque incorpora una característica única: el código neuronal que las células de la retina usan para comunicar la información visual al cerebro. La combinación del código con la capacidad de estimular una gran cantidad de células sensibles a la luz produce un sistema que le da al cerebro la cantidad y el tipo de información correctos para poder "ver".
La autora principal Nirenberg, neurocientífica computacional de Weill Cornell, dijo a la prensa que cree que un día las personas ciegas podrán usar una visera, similar a la que usa Geordi La Forge en el programa de televisión Star Trek. La visera tendrá una cámara que toma la luz y un chip que convierte esa luz en un código que el cerebro usa para recrear la imagen.
"Es un momento emocionante". Podemos hacer que las retinas ciegas del ratón vean, y nos estamos moviendo lo más rápido que podamos para hacer lo mismo en los humanos", dijo Nirenberg, profesor en el Departamento de Fisiología y Biofísica y en el Instituto de Biomedicina Computacional en Weill Cornell.

Cómo funciona la Retina

Los científicos esperan que las retinas artificiales se puedan usar para tratar la ceguera humana en una década.La visión normal es donde la luz entra al ojo y cae sobre las células fotosensibles que se encuentran en la superficie de la retina. Los "circuitos" en la retina convierten la luz en una serie de señales eléctricas codificadas o pulsos neurales, y los pasan a las células de salida llamadas células ganglionares que transmiten los pulsos codificados al cerebro a través del nervio óptico en la parte posterior del ojo.
El cerebro comprende la corriente de impulsos neuronales codificados y la traduce en imágenes significativas.
Una causa común de ceguera es cuando la retina se daña por enfermedades que matan a los fotorreceptores y / o destruyen los circuitos que crean los impulsos neuronales codificados. Pero a menudo, estas enfermedades no dañan las células de salida.

Por qué las prótesis actuales no pueden hacer el trabajo completo

Las prótesis actuales funcionan mediante el uso de electrodos que se implantan en el ojo del paciente ciego, para impulsar las células supervivientes: estimulan las células ganglionares con corriente eléctrica.
Pero este método solo produce campos visuales muy toscos: las células son estimuladas, pero no reciben las señales correctas, una especie de equivalente neuronal de "ruido blanco".
Los científicos están trabajando en diversas formas de mejorar este enfoque. Por ejemplo, una forma es tener más estimuladores en el implante, con la esperanza de que con más estimulación, la imagen mejore.
Otro enfoque que se está probando es el uso de la terapia génica para generar proteínas sensibles a la luz en la retina para estimular las células ganglionares.
Pero la invención que estaba "esperando suceder", como explica Nirenberg, es una que no solo estimula grandes cantidades de células, sino que también las estimula con el código correcto, el mismo que la retina usa para comunicarse con el cerebro.

Cómo hicieron el descubrimiento

Nirenberg tuvo la idea de que cualquier patrón de luz que caiga sobre la retina tiene que convertirse en patrones equivalentes de impulsos neuronales mediante un código general o un conjunto de ecuaciones matemáticas.

Ella dijo que la gente ha estado tratando de encontrar el código para patrones simples. Pero estaba convencida de que el código tenía que ser generalizable para cualquier tipo de estímulo, simple y complejo, ya sea para caras, paisajes, cualquier cosa que el ojo mire.
El momento real de "aha" llegó cuando ella estaba trabajando en el código por una razón diferente, dijo Nirenberg. Se dio cuenta de que lo que encontró podría funcionar en una prótesis.
Así que ella y Pandarinath colocaron las ecuaciones en las que estaban trabajando en un chip electrónico y lo combinaron con un mini proyector.
El chip traduce el patrón de luz (la imagen) que llega al ojo en impulsos eléctricos codificados, y el mini proyector los convierte en pulsos de luz.
Los pulsos de luz estimulan las proteínas sensibles a la luz que se han insertado en las células ganglionares, y el resultado es que el cerebro recibe impulsos neuronales codificados.
Ellos probaron el método en ratones. Hicieron y compararon dos versiones de la prótesis: una sin el código y otra con el código.
Nirenberg dijo que el efecto fue dramático. Cuando introdujeron el código, el rendimiento del sistema "saltó" a niveles casi normales, es decir:
"... había suficiente información en la salida del sistema para reconstruir imágenes de rostros, animales, básicamente todo lo que intentamos", dijo Nirenberg.
Hicieron algunas pruebas rigurosas para establecer que los patrones hechos con la ayuda de la prótesis en retinas de ratones ciegos coincidían con los producidos por las retinas en la observación de ratones.
El estudio muestra que los componentes críticos para fabricar una prótesis retinal altamente efectiva, el código de retina y un método de alta resolución de estimulación de células ganglionares, ahora están más o menos en su lugar, dijo Nirenberg.

Próximo paso

El nuevo dispositivo ofrece esperanza para los 25 millones de personas en todo el mundo cuya ceguera se debe a enfermedades retinianas.Las drogas pueden ayudar a un pequeño porcentaje de esta población, pero su mejor oportunidad de restaurar la vista es con una prótesis.
La seguridad y eficacia de la prótesis ahora tendrá que probarse en ensayos en humanos, particularmente para demostrar que la parte de la terapia genética que hace que las proteínas sensibles a la luz sean seguras.
Sin embargo, Nirenberg sugiere que la parte de la terapia genética será segura porque es el mismo tipo de terapia que se ha probado para tratar otras enfermedades retinianas.
Ella dijo que todo el proceso ha sido "emocionante" y que no puede esperar a que se realicen las pruebas para que los pacientes puedan comenzar a beneficiarse lo antes posible.
Las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto de Biomedicina Computacional de la Universidad de Cornell ayudaron a financiar el estudio, y ambos autores solicitaron una patente para el dispositivo.
Escrito por Catharine Paddock PhD