En el número de septiembre de 2013 de AccessWorld, describimos cuatro avances innovadores en la mejora de la baja visión, entre los que se encontraban el Telescopio Miniatura Implantable de VisionCare Ophthalmic Technologies, y la Prótesis de Retina Argus II de Second Sight. El primero de ellos es una lente telescópica del tamaño de un guisante que aumenta la visión útil de las personas que han perdido la visión central debido a la degeneración macular en fase terminal relacionada con la edad. El Argus II está dirigido a personas con retinosis pigmentaria (RP) en fase avanzada. El Argus II utiliza una señal inalámbrica para estimular el nervio óptico directamente a través de un conjunto de electrodos implantados, evitando los bastones y conos dañados por la RP.
Por muy notables que sean estas soluciones, tienen un obstáculo en común: cada una de ellas asume que el receptor posee un nervio óptico que funciona y que puede transmitir adecuadamente las señales visuales al cerebro para su procesamiento. ¿Pero qué ocurre si el nervio óptico está dañado por un glaucoma, una esclerosis múltiple o un traumatismo? ¿Podría haber alguna forma de reparar estas complejas y frágiles fibras nerviosas? En este artículo describiremos dos avances de investigación recientes: uno que muestra el potencial para ayudar a regenerar los nervios ópticos dañados, y el segundo, un sistema llamado Gennaris, que podría producir visión sin el nervio óptico, o incluso sin el propio ojo.
Regeneración de un nervio óptico
El nervio óptico es uno de los más importantes del cuerpo, sólo superado por la médula espinal (la médula espinal incluye miles de hilos nerviosos mientras que el nervio óptico sólo tiene uno). Por eso, hace quince años, cuando Zhigang He, profesor de neurología del Centro de Neurobiología F.M. Kirby del Hospital Infantil de Boston, creó un laboratorio para investigar formas de regenerar las fibras nerviosas de las personas con lesiones en la médula espinal, decidió que el mejor lugar para empezar sería intentar la regeneración neuronal en los nervios ópticos dañados como sustituto.
Otros han intentado la regeneración o reparación del nervio óptico. Los primeros intentos empalmaron trozos del nervio ciático para sustituir el nervio óptico dañado. La mayoría de los axones no volvieron a crecer. Hace unos ocho años, el grupo del Dr. He probó la escisión genética para eliminar o bloquear los genes que suprimen los tumores. Esto provocó cierta regeneración del nervio óptico, pero también aumentó el riesgo de cáncer. Su reciente trabajo con el Dr. Joshua Sanes, de Harvard, descubrió una estrategia de terapia génica para potenciar las actividades del factor de crecimiento, que podría imitar los efectos de regeneración inducidos por la supresión de tumores. Sin embargo, el número de axones regenerados mediante estos enfoques era limitado.
Él y su coinvestigadora, la profesora adjunta de neurología del Hospital Infantil de Boston Michela Fagiolini, llevaron la terapia génica un paso más allá. Utilizaron un virus de terapia génica llamado AAV para suministrar tres factores con el fin de impulsar las respuestas del factor de crecimiento en la retina, que forma parte del sistema del nervio óptico.
«Con el tiempo fuimos capaces de regenerar fibras nerviosas cada vez más largas en ratones con nervios ópticos dañados», informa. «Desgraciadamente, las nuevas fibras nerviosas no transmitían los impulsos, conocidos como potenciales de acción, a lo largo de todo el camino desde el ojo hasta el cerebro, por lo que no había una nueva visión.»
Él y Fagiolini rastrearon el problema hasta el hecho de que las nuevas fibras nerviosas crecían sin la vaina grasa llamada mielina. La mielina aísla las fibras nerviosas y mantiene las señales neuronales en el camino, del mismo modo que el aislamiento que rodea a un cable de cobre dirige la corriente eléctrica a la lámpara en lugar de a los enchufes de la pared.
Consultando la literatura médica, él y Fagiolini leyeron sobre un bloqueador de los canales de potasio llamado 4-aminopiridina (4-AP) que se sabe que mejora la conducción de los mensajes en las fibras nerviosas que carecen de suficiente mielina. De hecho, la 4-AP se comercializa como AMPYRA para tratar las dificultades para caminar relacionadas con la esclerosis múltiple, que también implican una pérdida de mielina.
«Cuando administramos la 4-TP las señales fueron capaces de recorrer la distancia», dice Fagiolini. En otro laboratorio, en el que no sabían cuál de los ratones ciegos había sido tratado, confirmaron que los ratones tratados respondían a las barras de luz en movimiento, mientras que el grupo de control no lo hacía.
«Todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que este tratamiento esté listo para los ensayos en humanos», afirma. Por ejemplo, el equipo utilizó un virus de terapia génica para administrar los factores de crecimiento que estimularon la regeneración del nervio óptico, pero He y Fagiolini creen que pueden producir un «cóctel» inyectable de proteínas de factores de crecimiento que podría ser igualmente eficaz. «Estamos tratando de entender mejor los mecanismos y la frecuencia con la que habría que inyectar las proteínas», dice He.
También están por resolver los posibles efectos secundarios del uso de 4-AP para aumentar la transmisión de la señal del nervio óptico. El medicamento puede provocar convulsiones si se administra de forma crónica, por lo que He y Fagiolini han comenzado a probar derivados de la 4-AP no aprobados por la FDA que serían más seguros para su uso a largo plazo. A pesar de los obstáculos que quedan, He y Fagiolini siguen siendo optimistas. «Al menos ahora tenemos un paradigma que podemos utilizar para avanzar», dice He.
El ojo de la mente
Regenerar el nervio óptico podría ayudar a millones de personas, pero ¿qué pasaría si pudiéramos obviar el nervio óptico por completo y ver sin uno, o incluso sin ojos físicos? Ese es el objetivo de Arthur Lowery, profesor de ingeniería de sistemas eléctricos e informáticos de la Universidad Monash de Australia. Lowery y su equipo trabajan actualmente en Gennaris, un sistema que estimulará la corteza visual del cerebro directamente, enviando una red de impulsos eléctricos que el cerebro puede interpretar como patrones reconocibles de luz y oscuridad.
La investigación sobre la visión «cerebral» se remonta a la década de 1960. «En aquella época se necesitaba una sala llena de equipos para obtener algún resultado», observa Lowery. «Incluso hace tan sólo diez o quince años, producir una cuadrícula de trescientos puntos de luz significaba pasar un haz de 300 cables distintos desde el cerebro hasta una gran cámara de vídeo externa». Lowery y su equipo se basan en este trabajo anterior, aprovechando los considerables avances que se han producido en la última década en cuanto a potencia de procesamiento, miniaturización de componentes, transmisión inalámbrica de datos y transmisión de energía por inducción, como la que se encuentra ahora en algunos teléfonos móviles, que pueden colocarse encima del cargador en lugar de necesitar ser enchufados.
En la visión normal, la luz pasa a través de la pupila y el cristalino del ojo y estimula los bastones y los conos, que son las células fotorreceptoras que cubren la retina. Estas señales fotoquímicas se transforman en impulsos neuronales, que a su vez se transmiten por el nervio óptico hasta la corteza visual. Allí, el cerebro convierte estos impulsos en formas e imágenes reconocibles, lo que se conoce como visión.
Así las cosas, las neuronas de la corteza visual también pueden ser estimuladas por contacto con diminutos electrodos. «Sabemos por investigaciones anteriores que podemos producir destellos de luz que aparecen aproximadamente en el mismo punto cada vez que se estimula esa misma región de la corteza visual», afirma Lowery. «Si podemos crear una serie de estos destellos de forma más o menos simultánea, podemos crear una cuadrícula rudimentaria de luz y oscuridad que el cerebro podría interpretar como una imagen». Imagina un cuadrado de dieciséis bombillas creando la letra O encendiendo las doce bombillas del perímetro y dejando las cuatro luces del centro apagadas. O una letra L creada por los puntos braille 1, 2 y 3, dejando el resto de la celda en blanco.
El equipo de Gennaris espera crear precisamente una cuadrícula de este tipo utilizando diminutas baldosas de cerámica incrustadas directamente en la corteza visual de un sujeto de prueba. «Cada baldosa tiene aproximadamente 9 milímetros cuadrados -un tercio de pulgada- con cuarenta y tres electrodos de trabajo en cada baldosa», explica Lowery. «Estos electrodos penetrarán entre 1,5 y 2 milímetros en la corteza visual, llegando a lo que se conoce como capa cuatro, la región del cerebro más directamente estimulada por el nervio óptico»
Una pequeña cámara de vídeo transmitirá imágenes en tiempo real a una unidad de procesamiento de bolsillo. Allí, unos algoritmos especiales determinarán los aspectos más esenciales de cada imagen y los descompondrán en una serie continua de cuadrículas de luz y oscuridad. Las cuadrículas se transmitirán de forma inalámbrica a una bobina de inducción magnética colocada en la parte posterior de la cabeza del paciente, cerca de la corteza visual. La bobina de inducción será capaz de generar a distancia una pequeña carga en cada uno de los electrodos según convenga, lo que estimulará la corteza visual del mismo modo que lo haría normalmente el nervio óptico.
«En realidad, tendremos una ventaja sobre las prótesis de retina implantadas», dice Lowery. «La mayor parte de nuestra visión más nítida tiene lugar en una pequeña porción de la retina rica en bastones y conos conocida como fóvea. La fóvea sólo tiene un milímetro cuadrado de tamaño, por lo que las prótesis intraoculares deben utilizar también el tejido retiniano más asociado a la visión periférica. Sin embargo, el área del cerebro que realmente procesa la visión central es veinticinco veces más grande que el tejido retiniano al que presta servicio, lo que nos da potencialmente veinticinco veces la resolución de un implante de retina.»
Lowery y su equipo esperan iniciar sus primeros ensayos clínicos a finales de 2016. «Tenemos previsto empezar con cuatro cuadros, pero con el tiempo esperamos aumentar ese número hasta once», afirma. «También esperamos alcanzar diez cuadros por segundo en la velocidad de transmisión». Según Lowery, la resolución también podría mejorarse potencialmente muchas veces recubriendo los electrodos con hormonas especiales llamadas factores neurotrópicos derivados del cerebro. «En lugar de pinchar las neuronas del cerebro con los electrodos, estas sustancias químicas animarían realmente a las neuronas a acercarse y establecer contacto y nuevas conexiones, como si los electrodos fueran otras células cerebrales.»
También según Lowery, las representaciones realistas del mundo que nos rodea no son el todo y el fin del potencial de Gennaris. «Ya tenemos el reconocimiento facial que hace un gran trabajo de identificación de personas. Imagina un icono especial que represente a tu marido o a tu mujer, otros para cada uno de tus hijos que puedan incluir contenido emocional, sonrisas, lágrimas, etc. También serían posibles los marcadores de dirección y distancia para puertas, ascensores y ventanas. Incluso podríamos generar sistemas de guía similares a los de una pista de aterrizaje para ayudar a navegar por un laberinto de pasillos desconocidos, señalando los obstáculos en el camino.»
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