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Desde una prótesis de retina fotovoltaica hasta la estimulación visual mediante ondas de ultrasonido, estas técnicas futuristas ofrecen una esperanza para la ceguera.
La retina humana -la parte del cerebro sensible a la luz, situada en la parte posterior del ojo- es una proeza de ingeniería en el corazón de un sentido crítico: La vista. Por eso, las enfermedades de la retina, como la retinosis pigmentaria o la degeneración macular asociada a la edad, que provocan problemas de visión y ceguera, pueden ser especialmente difíciles de tratar y devastadoras.
Sin embargo, los científicos se están centrando en un conjunto de estrategias que pueden ofrecer un rayo de esperanza.
Exquisitamente organizada, la retina detecta la luz del entorno que nos rodea y la transforma en señales electroquímicas que, en última instancia, llegan a la corteza visual del cerebro, donde se procesan e interpretan en imágenes que podemos entender. Pero los daños en cualquier parte del sistema -desde los fotorreceptores sensibles a la luz hasta las células bipolares con las que se comunican y las células ganglionares que transmiten esta información al cerebro a través del nervio óptico- pueden mermar nuestra visión.
Aunque existen innumerables estrategias para recuperar la vista, las prótesis de retina, o conjuntos de electrodos implantados sobre o en la retina, son las que más han avanzado. Los electrodos estimulan directamente las neuronas supervivientes -células bipolares o ganglionares- que se alimentan de la corteza visual del cerebro, evitando los fotorreceptores dañados, lo que proporciona a los pacientes una versión artificial de la vista. La mayoría de los equipos incluyen una cámara montada en las gafas que toma imágenes, las cuales son traducidas en señales eléctricas por un procesador. Estas señales se envían luego a los conjuntos de electrodos.
Sin embargo, las tecnologías actuales no pueden reproducir las actividades de la retina, que es un complejo microprocesador con múltiples etapas sinápticas que condensa la información de 120 millones de fotorreceptores a 1,2 millones de células ganglionares, dice Diego Ghezzi, profesor de neuroingeniería de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza). Y se desconoce la salida exacta de la retina hacia el cerebro: los patrones espacio-temporales de los impulsos eléctricos generados por las células ganglionares. "Así que, como no tenemos una tecnología que pueda reproducir perfectamente este código de forma individual en 1,2 millones de células ganglionares de la retina, lo que hacemos es una aproximación", explica Ghezzi a Popular Mechanics.
El equipo de Ghezzi ha ideado una prótesis de retina fotovoltaica, que funciona de forma similar a la Argus II, la prótesis ya descatalogada que se venía utilizando desde 2011. "La gran diferencia es que nuestros electrodos, como los paneles solares, son capaces de absorber la luz y convertirla en electricidad dentro del dispositivo", dice Ghezzi. Y aunque las gafas, que amplifican la luz ambiental a una intensidad que la prótesis puede detectar, siguen siendo necesarias, el sistema de Ghezzi viene con varias mejoras respecto a las tecnologías anteriores.
"La agudeza visual está limitada por la distancia entre los electrodos", dice Ghezzi. "En nuestro dispositivo, esa distancia es de 120 micras [frente a las 575 micras del Argus II], lo que corresponde a una agudeza visual de 20/480". Sin embargo, hay trucos adicionales que pueden aumentar esta cifra. "Puedes hacer zoom con las gafas: si tienes que mirar cosas muy pequeñas, como la página de un libro de texto, el zoom puede aumentar tu resolución de 20/400 a 20/200, por ejemplo". Pero este truco se realiza a costa de recortar el campo visual, es decir, la zona visible cuando se fija la mirada.
Los experimentos y las simulaciones han demostrado que un ángulo visual de al menos 30 grados es necesario para la movilidad funcional, o la capacidad de moverse con seguridad por un entorno. El objetivo de Ghezzi, por tanto, era "tener una agudeza visual suficientemente buena emparejada con un ángulo visual muy grande".
Compuesta por 10.498 píxeles y cubriendo un ángulo visual de 43 grados, la prótesis de su equipo representa una notable mejora con respecto a los 20 grados logrados por el Argus II; y como está construida con polímeros orgánicos flexibles, se adapta de forma natural a la superficie curva del ojo. Los investigadores han probado recientemente el dispositivo en minicerdos de Göttingen, demostrando que las prótesis implantadas responden a la luz. El siguiente paso, según Ghezzi, es probar el implante en humanos.
Otros científicos, como Qifa Zhou, de la Universidad del Sur de California, han abordado el problema desde una perspectiva diferente. En lugar de estimular las neuronas de la retina desde el interior de la misma, Zhou y sus colegas desencadenaron su actividad con ultrasonidos, u ondas sonoras de alta frecuencia, que se originan fuera del ojo.
"Con la estimulación eléctrica, los cirujanos tienen que colocar los electrodos dentro del ojo; es una tecnología invasiva", explica Zhou a Popular Mechanics. "Nuestro método es potencialmente menos arriesgado". Al igual que otras prótesis de retina, el montaje de Zhou incorporaría una cámara que recibe imágenes y las procesa en un patrón -en este caso, ondas de ultrasonido- que se emite en el ojo. Los estudios de prueba de concepto realizados con ratas relacionan la estimulación de la retina mediante ultrasonidos con respuestas eléctricas en los centros visuales del cerebro.
Varios grupos están tratando de restaurar la visión mediante la optogenética, en la que se induce a las neuronas de la retina -mediante un virus dirigido a células específicas- a expresar proteínas sensibles a la luz en sus membranas celulares. José-Alain Sahel y sus colegas fueron los primeros en aplicar con éxito esta técnica en pacientes, como se recoge en un artículo publicado el año pasado.
Aunque su método también requiere una cámara y un procesador para traducir las imágenes del entorno en pulsos de luz que puedan excitar las neuronas transformadas, es probablemente más fiable y versátil que las prótesis tradicionales. Las células de la retina siguen expresando la proteína fotosensible tras una única inyección del virus, mientras que los implantes físicos podrían degradarse y dejar de funcionar, con el consiguiente riesgo de infección. "Y las gafas, al estar fuera de los ojos, pueden evolucionar con el tiempo", explica a Popular Mechanics Sahel, catedrático de Oftalmología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh y director del Centro Oftalmológico del UPMC. "Ya son diferentes de las primeras gafas que desarrollamos, y habrá más por venir".
Pero, ¿qué es lo que ven los pacientes?
"El tipo de señal que se produce con esta proteína [sensible a la luz] es un nuevo tipo de señal y el paciente tiene que aprender a darle sentido", dice Sahel, comparando el proceso con el aprendizaje de un idioma extranjero. Cada píxel de la cámara reacciona a un cambio de luz, por lo que es como mirar una pantalla centelleante, en la que los píxeles parpadean cuando la luz cambia en esa posición. Esta cámara neuromórfica, señala Sahel, está diseñada para imitar parcialmente la forma en que la retina responde a la luz.
Las señales surgen, por tanto, cuando el objeto se mueve o el paciente desplaza la cabeza o los ojos en una especie de detección de bordes, explica Sahel. Poco a poco, los pacientes son capaces de discernir formas, fuentes de luz, bordes y objetos en movimiento. Dan Dunfee, un paciente que participa en el ensayo clínico de Pittsburgh, dice que es como mirar por unas gafas untadas con vaselina un mundo bañado en diferentes intensidades de azul.
"Veo el contraste y la luz y los bordes donde el contraste y la luz cambian", dice Dunfee a Popular Mechanics. "Y cuando encuentro lo que creo que es un borde de algo, escudriño alrededor para encontrar los otros bordes del mismo, y a partir de eso, obtengo un sentido del tamaño, la forma y lo reflectante que es un objeto".
La visión resultante de estas terapias se desvía tanto de la visión natural porque la retina responde a la luz de un modo distinto al habitual, dice Stuart Trenholm, profesor adjunto de neurociencia del Instituto Neurológico de Montreal.
En este sentido, las terapias con células madre, en las que las propias células del cuerpo pueden diferenciarse en células de la retina o incluso en una retina entera, son muy prometedoras. "Casi como por arte de magia, la retina en un plato, o un organoide de retina, parece crecer en todas las partes de la retina", dice Trenholm a Popular Mechanics. "Y dado que gran parte del desarrollo del cerebro depende del entorno que lo rodea, cultivar partes de repuesto en un tejido completo puede hacer que se obtengan células más naturales", que pueden sustituir al tejido dañado y muerto.
David Gamm, profesor y oftalmólogo pediátrico de la Universidad de Wisconsin, compara el proceso con la fabricación de piezas de recambio para un coche. "Podemos fabricar bujías para tu coche, pero si el motor está totalmente fundido y oxidado, las bujías nuevas no van a servir", explica a Popular Mechanics. Del mismo modo, los pacientes que han perdido sus conos o bastones pero conservan el resto de la arquitectura neuronal subyacente, podrían beneficiarse de los fotorreceptores trasplantados, mientras que los que están más avanzados en sus enfermedades necesitarían una mayor reconstrucción.
Su equipo ha publicado recientemente una investigación junto con el laboratorio de Raunak Sinha, de la Universidad de Wisconsin-Madison, en la que se demuestra que los fotorreceptores de conos de los organoides de la retina cultivados a partir de células madre humanas responden a la luz como lo hacen las retinas de los macacos. Ahora Gamm está a punto de intentar esta sustitución de bujías en los próximos ensayos clínicos. "Hemos demostrado que la célula tiene esa capacidad de detectar la luz y que es una célula real y auténtica. Pero ¿puede instalarse [en el lugar adecuado] y transmitir esa señal a una célula nativa de ese paciente?".
Pero Gamm advierte que los avances serán graduales. "Si uno es tetrapléjico desde hace 30 años, la idea de que va a correr una maratón después de recibir una terapia con células madre no es realista". Del mismo modo, Gamm cree que la tecnología ofrecerá pequeñas mejoras significativas al principio, como que alguien que sólo puede detectar la luz sea capaz de percibir también el movimiento. "Y luego innovaremos sobre eso".
Vía: Popular Mechanics