Nano-Implante de retina

Nuevo Nano-Implante podría un día Ayudar a restaurar la vista


      Con la prótesis de retina de alta resolución construida a partir de nanocables y electrónica inalámbrica, los ingenieros están un paso más cerca de restaurar la capacidad de las neuronas para responder a la luz

Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego y La Jolla con sede en Nanovision Biosciences Inc. han desarrollado la nanotecnología y la electrónica inalámbrica para un nuevo tipo de prótesis de la retina que trae la investigación un paso más cerca de restaurar la capacidad de las neuronas en la retina Para responder a la luz. Los investigadores demostraron esta respuesta a la luz en una retina de rata interfaciendo con un prototipo del dispositivo in vitro.

Ellos detallan su trabajo en un número reciente del Journal of Neural Engineering. La tecnología podría ayudar a decenas de millones de personas en todo el mundo que sufren de enfermedades neurodegenerativas que afectan la vista, incluyendo la degeneración macular, la retinitis pigmentosa y la pérdida de la visión debido a la diabetes.

A pesar de los enormes avances en el desarrollo de prótesis de retina en las últimas dos décadas, el desempeño de dispositivos actualmente en el mercado para ayudar a los ciegos a recuperar la visión funcional sigue siendo muy limitado -bajo el umbral de agudeza de 20/200 que define la ceguera legal.

"Queremos crear una nueva clase de dispositivos con capacidades drásticamente mejoradas para ayudar a las personas con problemas de visión", dijo Gabriel A. Silva, uno de los principales autores del trabajo y profesor de bioingeniería y oftalmología en UC San Diego. Silva también es uno de los fundadores originales de Nanovision.

La nueva prótesis se apoya en dos tecnologías innovadoras. Uno consiste en arreglos de nanofuegos de silicio que simultáneamente perciben luz y estimulan eléctricamente la retina en consecuencia. Los nanocables dan a la prótesis una resolución más alta que cualquier otra cosa lograda por otros dispositivos, más cerca del denso espaciamiento de los fotorreceptores en la retina humana. El otro avance es un dispositivo inalámbrico que puede transmitir energía y datos a los nanocables sobre el mismo enlace inalámbrico a una velocidad récord y eficiencia energética.

Una de las principales diferencias entre el prototipo de los investigadores y las prótesis de retina 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 de la retina. En su lugar, 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 Nanowires se empaquetan en una rejilla de los electrodos, activados directamente por la luz y accionados por una sola señal eléctrica sin hilos. Esta traducción directa y local de la luz incidente en la estimulación eléctrica hace para una arquitectura mucho más simple y escalable para la prótesis.

La potencia proporcionada a los nanocables a partir de la única señal eléctrica inalámbrica da a los electrodos activados por luz su alta sensibilidad, mientras que también controla el momento de la estimulación.

"Para restaurar la visión funcional, es crítico que la interfaz neural coincide con la resolución y la sensibilidad de la retina humana", dijo Gert Cauwenberghs, profesor de bioingeniería en la Escuela Jacobs de Ingeniería de la UC San Diego y autor principal del documento.

Sistema de telemetría inalámbrica

El dispositivo es altamente eficiente de energía 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 en los electrodos y el tanque resonante. Hasta el 90 por ciento de la energía transmitida se entrega y se utiliza para la estimulación, lo que significa menos radiofrecuencia inalámbrica que emite radiación en la transmisión, y menos calor del tejido circundante 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 fuera del cuerpo y otra en el lado receptor en el ojo. El enlace puede enviar y recibir un bit de datos por cada dos ciclos de la señal RF de 13.56 megahercios; Otros sistemas de dos bobinas necesitan al menos 5 ciclos para cada bit transmitido.

Prueba de prueba de concepto

Para la prueba de concepto, los investigadores insertaron la red de nanocables alimentados inalámbricamente debajo de una retina de rata transgénica con knock-in de rodocinas P23H degeneración retinal. La retina degenerada interfació in vitro con una matriz de microelectrodos para registrar los potenciales de acción neuronal extracelular ("picos" eléctricos de la actividad neuronal).


Preferentemente cuando la prótesis estaba expuesta a una combinación de luz y potencial eléctrico, y permanecieron en silencio cuando no existía un sesgo de luz o eléctrico, lo que confirma la capacidad de respuesta activada por luz y controlada por voltaje de la matriz de nanocables. El dispositivo inalámbrico de matriz de nanocables es el resultado de la colaboración entre un equipo multidisciplinario dirigido por Cauwenberghs, Silva y William R. Freeman, director del Jacobs Retina Center en UC San Diego, UC San Diego, profesor de ingeniería eléctrica Yu-Hwa Lo y Nanovision Biosciences . Un camino a la traducción clínica Imágenes Las neuronas corticales primarias cultivadas en la superficie de una serie de nanocables optoelectrónicos. Aquí una neurona está tirando de los nanohilos, indicando que la célula está haciendo bien en este material. Freeman, Silva y Scott Thorogood, han cofundado Nanovision Biosciences, un socio de La Jolla, un socio en este estudio, para desarrollar y traducir la tecnología en uso clínico, con el objetivo de restaurar la visión funcional en pacientes con degeneración retiniana severa. Pruebas en animales con el dispositivo están en progreso, con ensayos clínicos siguientes. "Hemos progresado rápidamente con el desarrollo de la primera prótesis de retina nanoingeniería del mundo como resultado de la única asociación que hemos desarrollado con el equipo de UC San Diego", dijo Thorogood, director general de Nanovision Biosciences. Sohmyung Ha (ahora profesor asistente en la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi), Massoud L Khraiche (ahora en Cbrite Inc.), Abraham Akinin, Yi Jing (ahora en Nanovision Biosciences) ), Samir Damle y Yanjin Kuang, así como Sue Bauchner, Director de Ingeniería de Nanovision Biosciences. La investigación fue financiada por Nanovision Biosciences, Qualcomm Inc. y el Instituto de Ingeniería en Medicina y el Instituto de Investigación Clínica e Translacional en UC San Diego.

 


Publicado el viernes 17 de marzo de 2017 en Retina

Fuente:

Enlace: http://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/new_nano_implant_could_one_day_help_restore_sight

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