Na edição de Setembro de 2013 do AccessWorld, descrevemos quatro avanços revolucionários no melhoramento da visão subnormal, incluindo o Telescópio Implantável Miniatura da VisionCare Ophthalmic Technologies, e a Prótese Retinal Argus II da Second Sight. A primeira destas é uma lente telescópica de tamanho de ervilha que aumenta a visão utilizável de indivíduos que perderam a visão central devido à degeneração macular relacionada com o início da idade final. O Argus II destina-se a pessoas com retinite pigmentosa em fase terminal (RP). O Argus II utiliza um sinal sem fios para estimular o nervo óptico directamente através de um conjunto implantado de eléctrodos, contornando as hastes e cones danificados por RP.
Por mais notáveis que estas soluções possam ser, têm um obstáculo em comum: cada uma delas assume que o receptor possui um nervo óptico funcional que pode transmitir adequadamente sinais visuais ao cérebro para processamento. Mas e se o nervo óptico tiver sido danificado por glaucoma, esclerose múltipla, ou trauma? Poderá haver alguma forma de reparar estas fibras nervosas mais complexas e frágeis? Ou ainda melhor, contorná-las completamente?
Neste artigo iremos descrever duas descobertas recentes de investigação – uma que mostra o potencial para ajudar a regenerar os nervos ópticos danificados, e a segunda, um sistema chamado Gennaris, que pode produzir visão sem o nervo óptico, ou mesmo o próprio olho.
Regenerar um Nervo Óptico
O nervo óptico é um dos nervos mais importantes do corpo, atrás apenas da medula espinal (a medula espinal inclui milhares de cordões nervosos enquanto o nervo óptico tem apenas um). Assim, há quinze anos, quando Zhigang He, Professor de Neurologia no Boston Children’s Hospital F.M. Kirby Neurobiology Center, criou um laboratório para investigar formas de regeneração das fibras nervosas em pessoas com lesões da medula espinal, decidiu que o melhor lugar para começar seria tentar a regeneração neural em nervos ópticos danificados como proxy.
Outros já tentaram a regeneração ou reparação do nervo óptico. As primeiras tentativas de juntar pedaços do nervo ciático para substituir o nervo óptico danificado. A maioria dos axónios não regenerou. Há cerca de oito anos, o grupo do Dr. He tentou a excisão de genes para eliminar ou bloquear genes supressores de tumores. Isto provocou alguma regeneração do nervo óptico, mas também aumentou os riscos de cancro. O seu recente trabalho com o Dr. Joshua Sanes em Harvard encontrou uma estratégia de terapia genética para melhorar as actividades do factor de crescimento, que poderia imitar os efeitos de regeneração induzidos pela eliminação de supressores tumorais. No entanto, o número de axónios regenerados por estas abordagens foi limitado.
Ele e a sua co-pesquisadora, Michela Fagiolini, professora assistente de neurologia do Hospital Infantil de Boston, deram um passo em frente na terapia genética. Utilizaram um vírus de terapia genética chamado AAV para fornecer três factores para impulsionar as respostas do factor de crescimento na retina, que faz parte do sistema nervoso óptico.
“Ao longo do tempo fomos capazes de regenerar fibras nervosas cada vez mais longas em ratos com nervos ópticos danificados”, relata ele. “Infelizmente, as novas fibras neurais não transmitiram impulsos, conhecidos como potenciais de acção, desde o olho até ao cérebro, pelo que não houve uma nova visão”
He e Fagiolini rastrearam o problema até ao facto de as novas fibras nervosas estarem a crescer sem a bainha gorda chamada Myelin. A mielina isola as fibras nervosas e mantém os sinais neurais nos carris, tal como o isolamento que envolve um fio de cobre direcciona a corrente eléctrica para a lâmpada em vez de para dentro dos pinos e saídas da parede.
Voltando para a literatura médica, ele e Fagiolini leram sobre um bloqueador de canais de potássio chamado 4-aminopiridina (4-AP) que é conhecido por melhorar a condução de mensagens nas fibras nervosas que não possuem mielina suficiente. De facto, a 4-AP é comercializada como AMPYRA para tratar dificuldades de marcha relacionadas com a EM, que também envolvem uma perda de mielina.
“Quando administrámos 4-TP os sinais foram capazes de percorrer a distância”, diz Fagiolini. Um laboratório separado, onde não sabiam qual dos ratos cegos tinha sido tratado, confirmou que os ratos tratados responderam a barras de luz em movimento enquanto o grupo de controlo não.
“Ainda há um trabalho considerável a fazer antes que este tratamento esteja pronto para os ensaios em humanos”, diz Fagiolini. Por exemplo, a equipa utilizou um vírus de terapia genética para fornecer os factores de crescimento que estimularam a regeneração do nervo óptico, mas Ele e Fagiolini acreditam que podem produzir um “cocktail” injectável de proteínas de factores de crescimento que poderiam ser igualmente eficazes. “Estamos a tentar compreender melhor os mecanismos e a frequência com que as proteínas teriam de ser injectadas”, diz He.
Também ainda estão por resolver os potenciais efeitos secundários da utilização do 4-AP para aumentar a transmissão do sinal do nervo óptico. O medicamento pode causar convulsões se administrado cronicamente, por isso He e Fagiolini começaram a testar derivados não aprovados pelo 4-AP que seriam mais seguros para uso a longo prazo. Apesar dos restantes obstáculos, He e Fagiolini continuam optimistas. “Pelo menos agora temos um paradigma que podemos usar para avançar”, diz Ele.
O olho da mente
Regenerar o nervo óptico poderia ajudar milhões, mas e se pudéssemos contornar completamente o nervo óptico e ver sem um, ou mesmo sem olhos físicos? Esse é o objectivo de Arthur Lowery, Professor de engenharia de sistemas eléctricos e informáticos na Universidade de Monash, na Austrália. Lowery e a sua equipa estão actualmente a trabalhar no Gennaris, um sistema que estimulará directamente o córtex visual do cérebro, enviando uma grelha de impulsos eléctricos que o cérebro pode interpretar como padrões reconhecíveis de luz e escuridão.
Investigação sobre a visão “cerebral” remonta aos anos 60. “Nessa altura, era preciso uma sala cheia de equipamento para se obterem quaisquer resultados”, observa Lowery. “Mesmo há apenas dez ou quinze anos, produzir uma grelha de trezentos pontos de luz significava passar um feixe de 300 fios separados do cérebro para uma câmara de vídeo grande e externa”. Lowery e a sua equipa estão a desenvolver este trabalho anterior, tirando partido do progresso considerável que foi feito na última década em termos de poder de processamento, miniaturização de componentes, transmissão de dados sem fios, e transmissão de energia por indução, como a que se encontra agora em alguns telemóveis que podem ser colocados em cima do carregador em vez de precisarem de ser ligados.
Em visão normal, a luz passa através da pupila e da lente do olho e estimula as hastes e os cones, que são as células foto-receptoras que cobrem a retina. Estes sinais fotoquímicos são transformados em impulsos neurais, que por sua vez são transmitidos ao longo do nervo óptico para o córtex visual. Ali, o cérebro transforma estes impulsos em formas e imagens reconhecíveis, também conhecidas como visão.
Como acontece, os neurónios no córtex visual também podem ser estimulados pelo contacto com pequenos eléctrodos. “Sabemos de pesquisas anteriores que podemos produzir flashes de luz que aparecem aproximadamente no mesmo ponto sempre que a mesma região do córtex visual é estimulada”, afirma Lowery. “Se conseguirmos criar alguns destes flashes mais ou menos simultaneamente, podemos criar uma grelha rudimentar de luz e escuridão que o cérebro poderia interpretar como uma imagem”. Imagine um quadrado de dezasseis lâmpadas criando a letra O ligando as doze lâmpadas de perímetro e deixando as quatro luzes centrais desligadas. Ou uma letra L criada pelos pontos 1, 2, e 3 em braille, com o resto da célula deixada em branco.
A equipa Gennaris espera criar precisamente uma grelha deste tipo utilizando pequenos azulejos cerâmicos embutidos directamente no córtex visual de um sujeito de teste. “Cada ladrilho tem aproximadamente 9 milímetros de quadrado – cerca de um terço de uma polegada – com quarenta e três eléctrodos de trabalho em cada ladrilho”, explica Lowery. “Estes eléctrodos penetrarão 1,5 a 2 milímetros no córtex visual, atingindo o que é conhecido como Camada Quatro, a região do cérebro mais directamente estimulada pelo nervo óptico”
Uma pequena câmara de vídeo transmitirá imagens em tempo real a uma unidade de processamento de bolso. Aí, algoritmos especiais determinarão os aspectos mais essenciais de cada imagem e dividi-los-ão numa série contínua de grelhas de luz e escuridão. As grelhas serão transmitidas sem fios para uma bobina de indução magnética colocada contra a parte de trás da cabeça do paciente, mais próxima do córtex visual. A bobina de indução será capaz de gerar remotamente uma pequena carga em cada um dos eléctrodos, conforme apropriado, o que estimulará o córtex visual da mesma forma que o nervo óptico normalmente faria.
“Teremos realmente uma vantagem sobre as próteses de retina implantadas”, diz Lowery. “A maior parte da nossa visão mais nítida tem lugar numa pequena porção da retina rica em hastes e cones, conhecida como fovea. A fovea tem apenas cerca de um milímetro quadrado de tamanho, pelo que as próteses intra-oculares devem também fazer uso do tecido da retina mais associado à visão periférica. A área cerebral que processa efectivamente a visão central é vinte e cinco vezes maior do que o tecido da retina que serve, no entanto, o que nos dá potencialmente vinte e cinco vezes a resolução de um implante de retina”
Lowery e a sua equipa esperam iniciar os seus primeiros ensaios clínicos até ao final de 2016. “Planeamos começar com quatro azulejos, mas eventualmente esperamos aumentar esse número para onze”, afirma ele. “Também esperamos atingir dez quadros por segundo na velocidade de transmissão”. De acordo com Lowery, a resolução poderia também potencialmente ser melhorada muitas vezes através do revestimento dos eléctrodos com hormonas especiais chamadas factores neurotrópicos derivados do cérebro. “Em vez de perfurar os neurónios cerebrais com eléctrodos, estes químicos encorajariam de facto os neurónios a alcançar e fazer contacto e novas ligações, como se os eléctrodos fossem outras células cerebrais”
Também de acordo com Lowery, as representações realistas do mundo à nossa volta não são o ser tudo e acabar com todo o potencial de Gennaris. “Já temos um reconhecimento facial que faz um grande trabalho de identificação de pessoas. Imagine um ícone especial representando o seu marido ou mulher, outros para cada um dos seus filhos que poderiam incluir conteúdo emocional, sorrisos, lágrimas, e afins. Marcadores de direcção e distância para portas, elevadores, e janelas também seriam possíveis. Poderíamos até gerar sistemas de orientação semelhantes aos da pista de aterragem para ajudar a navegar em corredores desconhecidos, apontando obstáculos ao longo do caminho”
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