Avances en la restauración visual: Proyecto de prótesis retiniana con microelectrodos de metal líquido

Un implante flexible puede restaurar la visión tras una degeneración de la retina.

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Imagen de la retina artificial flexible que ilustra la integración de microelectrodos 3D de metal líquido en las proximidades de la superficie irregular de la retina. Estos electrodos en forma de pilar están diseñados para estimular directamente las células ganglionares de la retina (marcadas en púrpura), ofreciendo una representación visual precisa y detallada de la innovadora tecnología. (Fuente: CC BY 4.0/Nat. Nanotechnol. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Importante avance tecnológico en el campo de la medicina, específicamente en la restauración de la visión.

Se trata de una matriz de microelectrodos tridimensionales basada en metal líquido que ha sido integrada con un dispositivo implantable de retina ultradelgada para restaurar la visión.

Este avance tiene la posibilidad de ayudar a personas con problemas de visión, como la ceguera, a recuperar parcial o totalmente su capacidad visual.

Las enfermedades degenerativas de la retina pueden dañar o destruir las células fotorreceptoras y provocar graves discapacidades visuales. Una prometedora vía para restaurar la visión perdida es mediante el implante de una prótesis electrónica de retina, la cual opera detectando la luz externa y estimulando la actividad de las neuronas internas de la retina, tales como las células ganglionares y bipolares.

No obstante, los implantes de retina actuales presentan electrodos de estimulación rígidos que pueden ocasionar daños en el tejido blando de la retina. También adolecen de un desajuste entre los electrodos rígidos y la superficie curva de la retina, lo que puede resultar especialmente problemático en pacientes con formas severas de enfermedades degenerativas retinianas, donde la irregularidad de la superficie es más pronunciada.

Para abordar estas limitaciones, un equipo de investigación liderado por la Universidad de Yonsei en Corea ha desarrollado una prótesis de retina flexible. Esta innovadora tecnología combina matrices de fototransistores ultrafinos y flexibles con electrodos de estimulación fabricados a partir de una aleación eutéctica de galio e indio, un metal líquido intrínsecamente suave y poco tóxico.

Las enfermedades degenerativas de la retina, como la retinosis pigmentaria y la degeneración macular relacionada con la edad, representan un desafío importante, ya que pueden ocasionar una pérdida gradual o incluso un daño permanente a las células fotorreceptoras, ocasionando una discapacidad visual significativa.

Sin embargo, es importante destacar que a pesar de la degeneración de los fotorreceptores, las neuronas de la retina interna, incluyendo las células ganglionares y bipolares, pueden mantenerse preservadas en muchos casos.

Para construir esta «retina artificial«, el autor principal, Won Gi Chung, junto con sus colegas, comenzaron con una matriz de fototransistores de alta resolución (50 × 50 píxeles con un paso de 100 µm). Sobre esta base, utilizaron impresión 3D para crear electrodos de metal líquido. Estos electrodos se configuran en forma de pilares (con un diámetro de 20 µm y una altura de 60 µm) que, al ser colocados sobre la superficie de la retina, estimulan directamente las células ganglionares de la retina (CGR).

La punta de cada electrodo está revestida con nanoclusters de platino, los cuales añaden una rugosidad a escala nanométrica, mejorando así la inyección de carga en las neuronas de la retina. La iluminación de los fototransistores genera una fotocorriente que introduce carga en las células ganglionares de la retina a través de los electrodos. Posteriormente, los potenciales de acción evocados en estas células viajan hacia el nervio óptico, dando lugar a la formación de información visual.

matriz de transistores integrada con microelectrodos tridimensionales de metal líquido

La imagen de la izquierda muestra una matriz de transistores integrada con microelectrodos tridimensionales de metal líquido, con una escala de 1 mm. En la imagen de la derecha, obtenida mediante microscopía electrónica de barrido, se observan los microelectrodos de 60 µm de altura, con una escala de 100 µm. (Cortesía: CC BY 4.0/Nat. Nanotechnol. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Para evaluar la biocompatibilidad del dispositivo, los investigadores llevaron a cabo diversas pruebas in vivo. Después de implantarlo en ratones vivos con degeneración retiniana (rd1), no se detectaron signos de hemorragia, inflamación o cataratas cinco semanas después del procedimiento, ni se observaron cambios significativos en el grosor de la retina. Se destaca que la colocación epirretiniana del dispositivo, dentro del vítreo con las puntas de los electrodos ubicadas en la capa de células madre de la retina, resultó ser más segura y menos invasiva que la implantación subretiniana requerida por los implantes previos.

Las pruebas in vivo se refieren a experimentaciones realizadas dentro o en el tejido vivo de un organismo vivo, en contraste con pruebas realizadas en organismos parciales o muertos. Estas pruebas incluyen experimentos con animales y ensayos clínicos, y son fundamentales en la investigación científica para comprender mejor los procesos biológicos y fisiológicos en un entorno vivo.

Para continuar evaluando su retina artificial, el equipo realizó experimentos ex vivo colocando el dispositivo en retinas aisladas de ratones de tipo salvaje y rd1. La estimulación visual con luz azul, llevada a cabo sin el funcionamiento del dispositivo, indujo una respuesta en la retina de tipo salvaje, pero no en la retina rd1. Por otro lado, la estimulación eléctrica durante el funcionamiento del dispositivo provocó picos en las células ganglionares de la retina en ambas muestras, con una magnitud similar del potencial evocado eléctricamente en las retinas de tipo salvaje y rd1.

Los experimentos ex vivo se refieren a aquellos en los que las muestras utilizadas son extraídas de un organismo, como células cancerosas obtenidas de una muestra de sangre, para luego ser cultivadas y utilizadas en experimentos. A diferencia de los estudios in vivo, donde las células no son aisladas del animal, en los experimentos ex vivo las muestras se obtienen del organismo pero se estudian fuera de él. Estos experimentos permiten realizar investigaciones controladas y detalladas en un entorno más controlado que los ensayos in vivo.

Los ratones de tipo salvaje son ratones no modificados genéticamente utilizados como grupo de control en experimentos. Los ratones rd1 son un tipo específico de ratón modificado genéticamente para desarrollar degeneración retiniana, comúnmente utilizado para estudiar enfermedades degenerativas de la retina.

Restauración de la visión in vivo:

A continuación, el equipo examinó la capacidad del dispositivo para restaurar la visión en ratones rd1 con una capa de fotorreceptores completamente degenerada. La colocación del dispositivo en la superficie retiniana del animal no provocó daños ni hemorragias notables, y los electrodos se mantuvieron intactos tras el implante.

Seguidamente, los investigadores proyectaron luz visible sobre el ojo del animal y registraron en tiempo real las respuestas neuronales en la retina. Dada la complejidad de la actividad retiniana, se empleó un enfoque de aprendizaje automático no supervisado para procesar la señal. Observaron que la iluminación inducía actividad neuronal en las células ganglionares de la retina, generando picos con una magnitud potencial y una frecuencia de disparo coherentes.

Para investigar la capacidad del implante para el reconocimiento de objetos, los investigadores expusieron el ojo a luz láser a través de una máscara con dibujos, observando respuestas retinianas más pronunciadas en las áreas iluminadas en comparación con las zonas en penumbra. La comparación de las frecuencias de disparo máximas registradas en los electrodos totalmente iluminados versus aquellos en estado de oscuridad reveló que la actividad de las células ganglionares de la retina en las áreas iluminadas era aproximadamente cuatro veces mayor que la actividad de fondo.

«Los experimentos in vivo confirmaron que la amplificación de la señal debida a la iluminación con luz visible induce respuestas en tiempo real en las CGR de la zona local donde incide la luz en ratones vivos rd1 con degeneración masiva de fotorreceptores, lo que sugiere la restauración de su visión», escriben los investigadores. Señalan que estos hallazgos podrían utilizarse para ayudar a desarrollar retinas artificiales personalizadas para pacientes con diferentes degeneraciones de la retina.

A continuación, el equipo tiene previsto probar la retina artificial en animales más grandes.

«Después de validar nuestro dispositivo en animales más grandes, nuestro objetivo final es realizar ensayos clínicos», explica Chung a Physics World.

Avances en restauración visual: Proyecto de prótesis retiniana con microelectrodos de metal líquido

Traducción: Asociación Mácula Retina

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