Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego y la startup Nanovision Biosciences Inc., con sede en La Jolla, han desarrollado la nanotecnología y la electrónica inalámbrica para un nuevo tipo de prótesis retiniana que lleva la investigación un paso más cerca de restaurar la capacidad de las neuronas enla retina para responder a la luz. Los investigadores demostraron esta respuesta a la luz en una retina de rata que interactúa con un prototipo del dispositivo in vitro.
Detallan su trabajo en un número reciente de la Revista de Ingeniería Neural . La tecnología podría ayudar a decenas de millones de personas en todo el mundo que padecen enfermedades neurodegenerativas que afectan la vista, incluida la degeneración macular, la retinitis pigmentosa y la pérdida de visión debido a la diabetes.
A pesar de los tremendos avances en el desarrollo de prótesis de retina en las últimas dos décadas, el rendimiento de los dispositivos actualmente en el mercado para ayudar a los ciegos a recuperar la visión funcional todavía es muy limitado, muy por debajo del umbral de agudeza de 20/200 que define legalmenteceguera.
"Queremos crear una nueva clase de dispositivos con capacidades mejoradas drásticamente para ayudar a las personas con problemas de visión", dijo Gabriel A. Silva, uno de los autores principales del trabajo y profesor de bioingeniería y oftalmología en la Universidad de California en San Diego. SilvaTambién es uno de los fundadores originales de Nanovision.
La nueva prótesis se basa en dos tecnologías innovadoras. Una consiste en conjuntos de nanocables de silicio que simultáneamente detectan la luz y estimulan eléctricamente la retina en consecuencia. Los nanocables le dan a la prótesis una resolución más alta que cualquier cosa lograda por otros dispositivos, más cerca del espacio denso defotorreceptores en la retina humana. El otro gran avance es un dispositivo inalámbrico que puede transmitir energía y datos a los nanocables a través del mismo enlace inalámbrico a una velocidad y eficiencia energética récord.
Una de las principales diferencias entre el prototipo de los investigadores y las prótesis retinianas existentes es que el nuevo sistema no requiere un sensor de visión fuera del ojo para capturar una escena visual y luego transformarla en señales alternas para estimular secuencialmente las neuronas retinianas., los nanocables de silicio imitan los conos y varillas sensibles a la luz de la retina para estimular directamente las células de la retina. Los nanocables están agrupados en una red de electrodos, activados directamente por la luz y alimentados por una única señal eléctrica inalámbrica. Esta traducción directa y local de la luz incidente aLa estimulación eléctrica permite una arquitectura mucho más simple y escalable para la prótesis.
La potencia proporcionada a los nanocables a partir de la única señal eléctrica inalámbrica le da a los electrodos activados por la luz su alta sensibilidad al tiempo que controla el tiempo de estimulación.
"Para restaurar la visión funcional, es fundamental que la interfaz neuronal coincida con la resolución y la sensibilidad de la retina humana", dijo Gert Cauwenberghs, profesor de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs en la Universidad de California en San Diego y autor principal del artículo.
sistema de telemetría inalámbrico
La energía se entrega de forma inalámbrica, desde el exterior del cuerpo hasta el implante, a través de un sistema de telemetría de alimentación inductiva desarrollado por un equipo dirigido por Cauwenberghs.
El dispositivo es altamente eficiente energéticamente porque minimiza las pérdidas de energía en la transmisión inalámbrica de energía y datos y en el proceso de estimulación, reciclando la energía electrostática que circula dentro del tanque resonante inductivo y entre la capacitancia de los electrodos y el tanque resonante. Hasta 90 por cientode la energía transmitida es realmente entregada y utilizada para la estimulación, lo que significa menos energía inalámbrica de RF que emite radiación en la transmisión, y menos calentamiento del tejido circundante a partir de la energía disipada.
El sistema de telemetría es capaz de transmitir energía y datos a través de un solo par de bobinas inductivas, una que emite desde el exterior del cuerpo y otra en el lado receptor del ojo. El enlace puede enviar y recibir un bit de datos por cadados ciclos de la señal de RF de 13.56 megahercios; otros sistemas de dos bobinas necesitan al menos 5 ciclos por cada bit transmitido.
Prueba de prueba de concepto
Como prueba de concepto, los investigadores insertaron la matriz de nanocables con alimentación inalámbrica debajo de una retina de rata transgénica con degeneración retiniana de rodopsina P23H. La retina degenerada se interconectó in vitro con una matriz de microelectrodos para registrar potenciales de acción neuronales extracelulares eléctricos "picos "de la actividad neuronal.
Las neuronas horizontales y bipolares dispararon potenciales de acción preferentemente cuando la prótesis se expuso a una combinación de luz y potencial eléctrico, y se mantuvieron en silencio cuando faltaba el sesgo de luz o eléctrico, confirmando la capacidad de respuesta activada por la luz y controlada por voltaje delmatriz de nanocables.
El dispositivo de matriz de nanocables inalámbrico es el resultado de una colaboración entre un equipo multidisciplinario dirigido por Cauwenberghs, Silva y William R. Freeman, director del Centro de Retina Jacobs en UC San Diego, el profesor de ingeniería eléctrica de UC San Diego Yu-Hwa Lo yNanovision Biosciences.
Un camino hacia la traducción clínica
Freeman, Silva y Scott Thorogood, cofundaron Nanovision Biosciences, con sede en La Jolla, un socio en este estudio, para desarrollar y traducir aún más la tecnología al uso clínico, con el objetivo de restaurar la visión funcional en pacientes con degeneración retiniana severaLas pruebas en animales con el dispositivo están en progreso, con ensayos clínicos a continuación.
"Hemos progresado rápidamente en el desarrollo de la primera prótesis de retina nanoingeniería del mundo como resultado de la asociación única que hemos desarrollado con el equipo de UC San Diego", dijo Thorogood, quien es el CEO de Nanovision Biosciences.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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