Avances en el desarrollo de materiales metálicos para su uso en prótesis e implantes visuales

Departamento Química Física Facultad de Química Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 Trabajo de Fin de Grado Grado en Farmacia “Avances en el desarrollo de materiales metálicos para su uso en prótesis e implantes visuales” Autora: Alba Domingo Figueras Departamento de Química Física Universidad de Sevilla Sevilla 2021 2 ÍNDICE 0.Resumen ............................................................................................................................... 3 1.Introducción .......................................................................................................................... 4 1.1Fisiología y estructura del ojo ................................................................................... 4 1.1.1 Ojo ........................................................................................................................ 4 1.1.2 Córnea ................................................................................................................... 5 1.1.3 Retina .................................................................................................................... 5 1.1.4 Vías visuales .......................................................................................................... 6 1.2 Ceguera .................................................................................................................... 7 1.2.1 Definición, causas y posibles tratamientos ........................................................... 7 1.2.2 Prótesis y lugares de implantación en el organismo.............................................. 8 1.2.3 Prótesis visuales .................................................................................................. 10 1.3 Tipos de implantes oculares ................................................................................... 10 1.3.1 Breve historia de cuando nacieron ...................................................................... 10 1.3.2 Tipos de prótesis visuales según su lugar de implantación.................................. 11 2.Objetivos de la revisión ....................................................................................................... 13 3. Metodología ....................................................................................................................... 13 4. Resultados y discusión........................................................................................................ 14 4.1 Tipos de implantes según su lugar de implantación ............................................... 14 4.1.2 Implantes retinianos ........................................................................................... 14 4.1.3 Corteza visual ...................................................................................................... 25 4.1.4 Nervio óptico ...................................................................................................... 25 4.1.5 Núcleo geniculado lateral.................................................................................... 26 4.2 Materiales usados en la fabricación de los implantes oculares .............................. 27 4.4 Perspectivas del futuro .......................................................................................... 32 5.Conclusiones ....................................................................................................................... 33 6.Bibliografía .......................................................................................................................... 34 3 0.Resumen En la presente revisión, se estudian los implantes visuales destinados a un tratamiento alternativo para aquellos pacientes con ceguera. Estas prótesis, se explican tanto por su lugar de implantación como según los materiales empleados para su fabricación. Se van a mencionar tanto los implantes ya comercializados para su uso humano, los que están en fase de estudio con humanos y animales y aquellos en fase de desarrollo. Se describe la composición general de cada prótesis haciendo más hincapié a las ya comercializadas; las prótesis retinianas y cómo funcionan, por tal de suplir la parte visual dañada. También se menciona brevemente la anatomía y fisiología del ojo; tanto las partes del ojo y sus características más relevantes como las distintas vías visuales existentes y como estas procesan la información visual normal recibida. Se estudia también la patología en causa de usar los implantes y la existencia de otros tratamientos alternativos. Se señalará también los materiales más usados en los implantes visuales; tales como cerámico, metales y los polímeros conductores. Así como sus características biocompatibles más comunes entre el electrodo y el tejido objetivo. Una vez explicado todo lo anterior, se nombra los métodos evaluativos post-implantación. De forma superficial, se comenta también cuales son las perspectivas de futuro que tiene cada prótesis según la vía visual la cual será implantada y finalmente una breve conclusión. Palabras clave: ‘bionic eye’, ‘eye prothesis’, ‘human eye’, ‘blindness’, ‘biomaterial’, ‘retinal implants’, ‘cortical prosthesis’,’implant materials’. 4 1.Introducción En el presente capítulo, se hará referencia a una breve explicación de la existencia de prótesis de ojos, las patologías clínicas de ceguera las cuales están indicadas estos tratamientos, sus tipos y cómo funcionan, así como los materiales usados para su elaboración, la tecnología empleada y su impacto una vez implantado en el organismo. Antes de hacer mención a los implantes visuales y a su definición; repasaremos la fisiología del ojo y su estructura de forma resumida, para facilitar la comprensión del lector a medida que avance su lectura de esta revisión. 1.1 Fisiología y estructura del ojo El sistema visual tiene como objetivo poder percibir la realidad, no su reproducción. Estos objetivos incluyen: reconocimiento de los objetos, percepción de las posiciones de los objetos y del entorno que le rodea, análisis de la información espacial - así como otras características visuales tales como la iluminación, la dimensión, la rotación, la distancia, el color y el movimiento. 1.1.1 Ojo El ojo humano consta de la región externa: la córnea y la esclerótica y una región interna: la retina. Esta estructura es capaz de percibir el espectro de la luz visible en el rango de longitudes de onda λ = 380 (violeta) a 760 (rojo oscuro) nm. La figura 1, muestra todas las partes del ojo las cuales serán mencionadas seguidamente. La córnea, es la encargada de refractar y transmitir la luz a la retina y al cristalino, así como de proteger el ojo de las infecciones y posibles deterioros de las estructuras más internas. La esclerótica, es la encargada de mantener mediante la formación de una capa de tejido conectivo, la forma del ojo y de proteger a éste de fuerzas internas y externas. La capa media del ojo está formada por el iris, el cuerpo ciliar y la coroides. El iris controla el tamaño de la pupila y consecuentemente, la cantidad de luz que llega a la retina. El cuerpo ciliar controla la potencia y la forma del cristalino y es el lugar de producción del humor acuoso. 5 Mientras que la coroides, es una capa vascular que proporciona oxígeno y nutrientes a las capas externas de la retina. Ésta, está compuesta por un conjunto de capas de neuronas que captan y procesan la luz. Las tres estructuras están rodeadas del humor acuoso, el vítreo y el cristalino. 1.1.2 Córnea La córnea, que se encuentra por delante del iris y la pupila, es la parte más anterior del ojo. Es un tejido lleno de nervios, mayoritariamente sensoriales derivados del nervio trigémino. La zona óptica (córnea prepupilar) es la encargada de la función refractiva, situada en el centro, antes de la pupila. El epitelio corneal, recubierto por la película lagrimal, tiene la función de protegerla de daños químicos, tóxicos o por cuerpos extraños y de la invasión microbiana. Destacando que, prácticamente todas las células epiteliales están en contacto con las células nerviosas. 1.1.3 Retina La retina, es la capa interna que recubre la superficie interna del ojo rodeando la cavidad vítrea; esta incluye tanto las neuronas sensoriales que responden a la luz como los circuitos neurales que realizan las primeras etapas del procesamiento de la imagen. Por lo tanto, es la interfaz entre la parte sensorial y el sistema nervioso central. La retina contiene millones de fotoreceptores que captan la luz y los convierten en impulsos eléctricos. Estos impulsos, viajan por el nervio óptico hasta el cerebro, lugar donde se convierten en imágenes.(Shen et al., 2020) Figura 1: Ilustración del ojo Figura 1: Ilustración del ojo 6 Uno de los principales tipos de neuronas dentro de la retina neural (encargadas de captar y procesar las señales luminosas) son los fotoreceptores. Estos se encuentran en la parte posterior de la retina y contienen los llamados conos y bastones. Los bastones son los encargados de la foto transducción, es decir, el proceso de la conversión de la luz en una señal eléctrica. Para cumplir dicho proceso, es necesario que los bastones contengan pigmentos y que los rayos de luz atraviesen toda la retina antes de llegar a los pigmentos. Mientras que los conos, son los responsables de la visión en color. La densidad de bastones y conos varía entre las distintas regiones de la retina. En los seres humanos, alrededor del 50% de los conos se sitúan en el 30% central del campo visual, lo que corresponde aproximadamente a la mácula, formada por varias capas de células ganglionar. La excavación cercana al centro de la mácula, se denomina fóvea (Fig. 2). Es responsable de la visión central nítida siendo la máxima agudeza visual por su alta concentración de conos del ojo (Shen et al., 2020) 1.1.4 Vías visuales Este apartado es clave para poder empezar a comprender como funcionan los implantes visuales y qué vía visual será protagonista a la hora de elección de este tipo de prótesis. La luz entra en el ojo y viaja por las diferentes capas de neuronas de la retina hasta ser captada por los fotoreceptores de la parte posterior de la retina. Las neuronas de la retina neural, que son las encargadas de traducir la información visual en impulsos nerviosos, viajan por el nervio óptico hasta el cerebro. El nervio óptico se extiende Figura 2: Fondo del ojo mostrando la mácula, fóvea y el disco óptico 7 desde el ojo hasta el quiasma óptico. En cada nervio óptico se transmite la información de un solo ojo. Cada ojo aporta información de la parte izquierda y derecha del campo visual. En el quiasma óptico las fibras se clasifican para llevar a cada hemisferio cerebral sólo la información del lado contralateral del campo visual, tal y como muestra la figura 3.(Willoughby et al., 2010) Las siguientes sinapsis se encuentran en la profundidad del cerebro, en los núcleos geniculados laterales (LGN), en una parte del tálamo. Ambos LGN reciben información de ambos ojos, pero sólo de una mitad del campo visual. Las neuronas del LGN envían sus axones a la corteza visual primaria ipsilateral (del mismo lado). El córtex visual primario izquierdo recibe información del campo visual derecho y viceversa. Una lesión en uno o ambos nervios ópticos provocará una pérdida visual en uno o ambos ojos. Ahí es donde cobra importancia las prótesis visuales. 1.2 Ceguera 1.2.1 Definición, causas y posibles tratamientos La ceguera es una de las discapacidades físicas más temidas y debilitantes; La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que 285 millones de personas en todo el mundo tienen problemas de visión y 39 millones son ciegas. Según los estudios más recientes, las causas más comunes de ceguera son las cataratas (33%), los defectos de refracción no corregidos (21%) y la degeneración macular (7%), seguidas del glaucoma y la retinopatía diabética en todas las regiones estudiadas (Stevens et al., 2013). Figura 3: Nervio óptico normal 8 Hoy en día, hay varios tratamientos para este tipo de enfermedades, así como la terapia farmacológica y las terapias biológicas. Las primeras, aunque no son el objetivo principal de este trabajo, representan un conjunto esperanzador de opciones terapéuticas ya existentes y emergentes para la ceguera causada por enfermedades de la retina. Estas comprenden la terapia de sustitución de genes (McClements y MacLaren, 2013; Petrs-Silva y Linden, 2014), la modulación de las respuestas autoinmunes oculares (Ambati et al., 2013; Buschini et al., 2011; Rieck, 2013), el trasplante de células madre, de células precursoras de fotorreceptores o de láminas de tejido retiniano creadas por bioingeniería (Barber et al., 2013 ;Fernández-Robredo et al., 2014;Pearson, 2014), la administración intraocular de agentes neurotróficos, antiangiogénicos, reductores de la presión intraocular y antioxidantes (Zarbinet al., 2013). Todas ellas, técnicas que o bien están actualmente en uso, en fase de ensayo clínico o se están investigando en el laboratorio. 1.2.2 Prótesis y lugares de implantación en el organismo Un implante es cualquier dispositivo médico producido con el fin de restaurar, mejorar, ayudar o mantener cualquier función fisiológica necesaria del organismo. Estos implantes pueden ser clasificados según su lugar de implantación y según el material con el que han sido fabricado. Según el lugar de implantación incluye implantes como: implantes cocleares, de cadera, dentales, mamarios, articulares, cardiovasculares, de tejido, craneofacial y los que cobran especial relevancia en este estudio: los implantes oculares. Figura 4: Tipo de prótesis según su lugar de implantación 9 Por otro lado, la clasificación según sus materiales nos permite distinguir un material entre cerámico, polimérico, metálico, entre otros (figura 5). Estos materiales pueden acoplarse para mejorar sus propiedades según las exigencias del diseño del implante. Los materiales metálicos se suelen usar como sostén básico de las prótesis mientras que el resto como recubrimiento externo en función de las necesidades específicas de cada uno. Figura 5: Esquema de los biomateriales más usados en implantes visuales 16 Figura 8: Componentes externos de un implante de retina La prótesis clásica requiere una cámara para capturar imágenes. A continuación, la imagen (un gato) se procesa externamente y se convierte en un patrón de estimulación eléctrica que se transmite mediante un receptor inalámbrico al implante de retina para provocar fosfenos. La prótesis de sensor óptico se basa en la captura de imágenes mediante una matriz implantada de forma subretinal. La señal luminosa se amplifica mediante la energía derivada de una fuente de batería externa que se conecta mediante un cable. La matriz de multifotodiodos es capaz de provocar fosfenos dentro de la retina sin necesidad de utilizar una cámara y un paquete de procesamiento visual(Brandli et al., 2016) 4.1.2.2 Componentes internos A nivel interno, los componentes implantados dentro de la retina son: 1. Implante electrónico: obtiene la información visual y la energía convirtiéndola en señal eléctrica. Para garantizar su funcionalidad y longevidad, estos circuitos pequeños (ya que así deben de ser para su implantación) son recubiertos, protegiéndolos también de los fluidos corporales que están en contacto. 17 2. Matriz de electrodos: encargada de convertir la energía eléctrica del dispositivo externo en corriente iónica que actuará a nivel retiniano. Estas matrices pueden ser microelectrodos o microfotodiodos. 4.1.2.2.1Microelectrodos Para activar las células bipolares necesarias para inducir sensación de luz y así restaurar la imagen, se deben inyectar pequeñas corrientes entre la retina y la coroides; realizando así el proceso de despolarización-hiperpolarización que realiza de manera natural la capa de fotorreceptores y que es la que estamos corrigiendo con el implante retiniano. La cantidad de corriente que se puede dar de manera segura, dependerá de la capacidad de carga (cantidad máxima de carga que puede ser proporcionada sin dañar el electrodo ni al tejido adyacente) y del material del electrodo. Cuanto menor sea el electrodo, menor será su capacidad de carga; existirá un compromiso entre el tamaño del electrodo (para activar un número suficiente de células neurales para lograr una resolución de imagen suficiente), y la cantidad de carga que puede suministrarse sin incurrir en daño al electrodo o al tejido circundante. (Fitzpatrick, n.d.). Si se aumenta el potencial del electrodo y hacemos una corriente más negativa, se puede provocar electrólisis del agua con la formación de burbujas de hidrógeno; por el contrario, si hacemos una corriente más positiva, se puede provocar oxidación del agua con la formación de burbujas de oxígeno. Cualquiera de estos dos gases que se formen (“el burbujeo”) es irreversible, y al rango que existe antes de que se formen gases se llama “ventana de agua”. (Fitzpatrick, 2014). 4.1.2.2.2 Microfotodiodos Los microfotodiodos constan de un conjunto de fotodiodos y electrodos que estimulan la energía luminosa que se transduce en un estímulo eléctrico, substituyendo así la función de los fotoreceptores. Cada microfotodiodo consta de un conjunto de electrodos que estimulan las células bipolares de la retina que se aproximan al mapa retinotópico natural de la imagen recibida, así, cuanto mayor es la 18 matriz de fotodiodos-electrodos, mayor será la resolución de pixeles (espacial). (Schiller & Tehovnik, n.d.) y (Fitzpatrick, 2014). A continuación, se describen las prótesis de acuerdo a la localización en la que son implantadas. 1.Epiretinal: prótesis se sitúa en la parte interna de la retina (encima de ella extendiendo los electrodos en las capas internas estimulando así las células bipolares y fibras nerviosas de la retina). La matriz de electrodos se coloca sobre la retina, con el inconveniente que requiere fijación para que no se mueva de sitio y que al producir el estímulo, se estimulara no solo las células bipolares sino también las ganglionares. Dado que la cámara está montada en la cabeza, los usuarios tendrán que aprender a mantener la posición de la mirada al frente, y usar la cabeza para escanear las escenas frente a ellos (Yue et al., 2016) ARGUS II Este implante consiste de una matriz de 60 electrodos (situados en la parte epiretinal del ojo y encargado de enviar los impulsos eléctricos) y una cámara digital montada en las gafas. Esta cámara captura la escena, y la imagen capturada se envía a través de un cable a un procesador externo, el cual incorpora una batería y se pone en el cinturón del usuario. La información procesada vuelve a las gafas y se envía de forma inalámbrica al implante situado en la parte externa del globo ocular. Figura 9: Componentes internos y externos de Argus II. En esta figura se muestra el conjunto de microelectrodos estimulantes implantados quirúrgicamente y el conjunto de electrodos 19 situado en la parte epiretinal del ojo. Los componentes externos del sistema consisten en una unidad de procesamiento visual (VPU; centro) y una cámara en miniatura montada en un par de gafas (derecha). Las gafas transmitirán la energía y los datos a la parte intraocular del implante. Su matriz de electrodos tiene una superficie de 1mm x 1mm, que se coloca mediante un proceso quirúrgico colocando la matriz sobre la mácula, de manera que los electrodos hacen contacto directo con las células ganglionares. (Fitzpatrick, 2014) La unidad de procesamiento de video digitaliza la señal en tiempo real, procesa la imagen a través de una serie de filtros y muestra una imagen. Luego genera una serie de impulsos que se suministran a la matriz de microelectrodos para ser transmitidos a la vía visual (Yue, et al. 2016). En los ensayos clínicos, se ha podido ver una mejora en la capacidad de lectura (da Cruz et al.,2013) y de detección de movimiento en muchos pacientes. Ha sido desarrollado por la empresa “Second Sight”, en California. Su primera aprobación fue a nivel europeo en 2011 y no fue hasta 2013 que la FDA (Food and Drug Administration) no dio su validación para su uso en humanos. Fue la primera prótesis comercializada a nivel mundial. En 2016, más de 100 pacientes ya se les había implantado el Argus II, representando así el grupo más grande de pacientes con prótesis visuales implantados. De los 30 pacientes implantados entre 2007 y 2009, 29 se encuentran implantados y funcionando, sólo 1 tuvo que retirarse por erosión conjuntival recurrente (Yue, et al. 2016). En un estudio realizado en 2013 por (Ahuja & Behrend, 2013) reportan que, de los 30 pacientes implantados, dos presentaron erosión conjuntiva que requirió explanar el implante. Uno presentó endoftalmitis que se resolvió con antibióticos intravítreos, 3 pacientes presentaron hipotonía ocular y otro con un desgarro retiniano tratado adecuadamente con láser; con lo que el 30% de los pacientes tuvieron algún tipo de complicación ocular (Ahuja y Behrend, 2013). Un año después, reportaron 6 pacientes implantados, en quienes las únicas complicaciones documentadas fueron un paciente con desprendimiento coroideo leve con resolución espontánea y otro con elevación de la presión 20 intraocular que se controló médicamente, demostrando el perfil de seguridad quirúrgico y postquirúrgico que se logra con este implante. Se espera que las siguientes generaciones de implantes (Argus III y IV) de esta compañía, incorporen una matriz de 256 electrodos (Fitzpatrick, n.d.). También se proponen nuevas estrategias de procesamiento para una visión avanzada como zooming, escaneo ocular y código de colores (Stronks y Dagnelie, 2014). Los pacientes que usan la prótesis Argus II reportan que pueden distinguir figuras, movimiento, la diferencia entre luz y oscuridad y leer letras grandes. En cuanto a los resultados visuales, 89% de los pacientes fueron capaces de localizar un objetivo (un cuadro blanco sobre una pantalla negra), 56% fueron capaces de detectar la dirección del movimiento de una barra blanca sobre una pantalla negra, además de que las tareas de orientación y movilidad como localizar una puerta o seguir una línea en el suelo demostraron la mejora tan importante en la visión funcional de estos pacientes (Yue et al., 2016). EPIRET 3 Esta prótesis, consta de 25 electrodos de oro protegido por oxido de iridio de 100 micras de diámetro y 25 micras de altura, fijándose completamente dentro del globo ocular y conectado de forma inalámbrica con la parte exterior del ojo. El transmisor de la señal eléctrica por radiofrecuencia está en las gafas y el receptor de esta señal en el cristalino, conectados mediante microcables con los electrodos situados en la parte interna de la retina. Este implante, se colocó en 6 pacientes en 2006 y se retiró 4 semanas después tal como lo habían programado, por lo que no hay resultados de su uso a largo plazo. (Klauke et al., 2011) 21 Figura 10: Representación esquemática del implante EPIRET 3 IMI Este implante actúa de forma muy parecida al Argus II. La diferencia radica en que este, utiliza dos transmisiones inalámbricas: la que transmite la información por infrarrojo (situado en las gafas) y la que transmite la energía por radiofrecuencia. Tiene la ventaja de que cuando el receptor cierra los ojos, se interrumpe la transmisión de las imágenes; dando paralelismo como un visón normal. Este implante, está formado de 49 electrodos de óxido de iridio conectados por un cable con los estimuladores encapsulados por poliamida (para garantizar su bienestar) que están en la retina. Aun así, la funcionalidad de esta prótesis solo ha sido verificada en 20 pacientes, los cuales 4 se ha podido seguir su proceso de implantación pasados 9 meses. (Yue et al., 2016). 2.Subretinal: implantes entre la retina y la coroides, entre el epitelio pigmentado de la retina y las capas externas de la retina, en la zona de los fotorreceptores, estimulando así las células bipolares. 22 ALPHA IMS Este dispositivo, consiste en un microchip colocado en una placa de poliamida flexible el cual contiene una matriz subretiniana que incorpora 1.500 fotodiodos incrustados y electrodos. Cada uno de ellos consta de un microfotodiodo, que trabaja de forma independiente y mide 15x30 micras, una matriz de electrodos de nitruro de titanio (TiN) de 50x50 micras y un amplificador diferencial. Los electrodos tienen 70 micras de largo con un diámetro de 70 micras y están separados 70 micras entre sí (Yue et al., 2016). En este dispositivo, la luz entrante es recibida por fotodiodos, cuyas señales son procesadas y ampliadas antes de ser enviadas a los electrodos correspondientes. La combinación de fotodiodos y electrodos proporciona, por tanto, una estimulación punto a punto de las células bipolares de la retina, eliminando la necesidad de una cámara externa y permitiendo el seguimiento de objetos mediante movimientos sacádicos del ojo, convirtiendo la luz incidente en estímulos eléctricos. Esta conversión va de 0.5 a 6ms, siendo la velocidad de actualización de imágenes de 5 a 7 imágenes por segundo (Fitzpatrick, n.d.). Así pues, este implante se alimenta de una fuente externa que proporciona energía a una bobina receptora implantada de manera subdérmica detrás de la oreja. La bobina externa del transmisor, se mantiene en su lugar mediante imanes insertados en el cráneo. Un cable de silicona procedente de la bobina receptora se extiende subdérmicamente por la cavidad ocular donde se conecta a unas láminas de poliamida que se sitúan en el espacio subretiniano; a través de una pequeña incisión en la esclera y la coroides en la parte posterior del ojo (Stingl, et al. 2015), (Yue, et al. 2016) y (Fitzpatrick, 2014). El implante también contiene una matriz de 4 x 4 electrodos de prueba para la estimulación directa de las células bipolares, aprovechando así el procesamiento visual de la retina interna (Stingl, et al. 2015). Los electrodos de prueba son independientes de la luz y proporcionan un medio para evaluar las características de las interfases de los electrodos y los patrones de estimulación de los impulsos actuales. El microchip mide 3 x 3 mm con un espesor de 70 micras (Fitzpatrick, n.d.; Yue et al., 2016)con lo que sería suficiente para que el usuario lograra orientarse. El usuario debe ajustar manualmente el brillo y la percepción del contraste en respuesta a la iluminación ambiental (Stingl, et al. 2015). 23 El dispositivo fue aprobado recientemente para su comercialización en la Unión Europea (Retina Implant AG, 2014). En 2011, se utilizó el implante en un grupo piloto de 11 voluntarios previamente ciegos, obteniendo resultados visuales muy prometedores en 3 sujetos, quienes fueron capaces de reconocer objetos, leer letras grandes e incluso detectar errores de ortografía (Stingl, et al. 2015). Posteriormente en 2009, se implantaron 29 prótesis inalámbricas (con transmisión de la señal de manera transdérmica) y con el microchip en posición subfoveal en 11 de ellos. A los 12 meses, 21 pacientes mostraron mejoras significativas en sus actividades de la vida diaria por la mejora en su visión funcional. Sin embargo, los investigadores percibieron un descenso en la agudeza visual con el paso del tiempo, a la vez que se encontraban fallos técnicos en el implante, que generalmente ocurría entre los 3 y los 12 meses posteriores a su implantación. Las causas de estos fallos, fueron la ruptura del cable producido por los movimientos oculares, lo cual resolvieron introduciendo una sección más grande para darle libertad de movimiento. Otra causa fue la ruptura del sello hermético con la consecuente corrosión del chip que lo hizo fallar (Stingl et al., 2015; Yue et al., 2016) Durante el estudio realizado por Stingl en 29 pacientes, se presentaron dos efectos adversos severos: una elevación de la presión intraocular hasta 46 mmHg que se resolvió con tratamiento médico y un desprendimiento de retina al retirar del ojo uno de los dispositivos, el cual se resolvió con cirugía (Stingl, et al. 2015). ASR MICROCHIP (Stingl et al., 2013) y (Chow et al.,2010) describieron recientemente un conjunto alterno basado en fotodiodos con 5.000 elementos estimulantes, que se alimentaban de la luz incidente para dar energía al microchip. Este, medía 2mm de diámetro y 25micras de grosor. Este dispositivo, denominado por sus desarrolladores "Retina Artificial de Silicio" (ASR), ha sido objeto de ensayos clínicos limitados(Chow et al., 2010). Los pocos estudios reportados, han manifestado que, de los 6 pacientes a quienes se les implantó, no se pudo comprobar que produjeran estimulación retiniana que originase una percepción visual. Además, se encontró que la corriente de estimulación no era suficiente para producir una activación neuronal. 24 3.Supracoroidal: prótesis situada entre la retina y la esclerótica. Tendrá la ventaja de disminuir el riesgo de lesionar la retina, (ya que el implante se encontrará lejos de la retina) y tendrá una mayor capacidad para disipar el calor debido a la vascularidad que lo rodea. Por otro lado, tiene la desventaja de que tendrá un umbral perceptual más alto y una peor resolución espacial. BVA 24 Bionic Vision Australia también está desarrollando un implante de retina supracoroidal. En la prensa popular, el grupo ha informado recientemente de la primera implantación en humanos de un dispositivo prototipo de 24 electrodos (Bionic Vision Australia, 2012), y está desarrollando y probando dispositivos mejorados (Ayton et al., 2014b). Uno de estos dispositivos, es el “Wide View” de 98 electrodos. La imagen se produce mediante una cámara externa ubicada en las gafas y enviada a una matriz de electrodos situada en la parte supracoroidal. Estas imágenes capturadas por la cámara, se envían a un procesador externo unido a un cable y situado en la parte cocclear, detrás de la oreja, el cual también conecta con la matriz de electrodos. Figura 11: Dispositivo supracoroidal 25 4.1.3 Corteza visual La corteza visual primaria, o V1, es un área del lóbulo occipital que abarca las porciones enterradas de la corteza extendiéndose lateralmente al polo occipital (parte posterior del cerebro). Esta, es la encargada de procesar toda la información visual, en otras palabras, descifrar toda percepción que capta y hacerla visual. El atractivo de la corteza visual como lugar de estimulación para una prótesis visual, se basa en varios factores. En primer lugar, la gran superficie de la corteza visual para hacerla más susceptible a implantar un gran número de electrodos en las áreas corticales que sirven a la visión central, ofreciendo potencialmente una experiencia visual de mayor resolución que los implantes de LGN o de retina. En segundo lugar, la implantación estereotáctica (técnica neuroquirúrgica que posibilita el acceso a zonas profundas del cerebro mediante una aguja de biopsia) de pequeñas matrices de electrodos corticales occipitales; el cual es un procedimiento relativamente sencillo en comparación con la implantación de electrodos o micro matrices de LGN profundos sobre o bajo la retina. La utilidad de la estimulación cortical directa se extiende a todas las causas de deficiencia visual en pacientes con ceguera tardía debida a enfermedades o lesiones de la retina o del nervio óptico. Los ensayos en humanos de estimulación eléctrica de la corteza visual con electrodos superficiales y penetrantes, han demostrado la viabilidad de esta región del cerebro como objetivo para una prótesis visual (Brandli et al., 2016). 4.1.4 Nervio óptico Veraart y su grupo (1998) fueron los primeros en intentar la estimulación eléctrica del nervio óptico como base sobre la cual desarrollar una prótesis visual. El método se puede aplicar en pacientes ciegos con células ganglionares retinianas sobrevivientes y/o un nervio óptico intacto, y se probó inicialmente en una mujer de 59 años con retinitis pigmentosa. 32 4.4 Perspectivas del futuro Respecto a los implantes retinianos estudiados, se han podido obtener resultados prometedores que promueven seguir investigando a fin de conseguir resultados parecidos a una visión normal y así ir mejorando los dispositivos. Las futuras prótesis visuales corticales probablemente provocarán varios centenares o más de fosfenos, muchos más de los que fueron reportados por cualquier receptor de implante cortical anterior. Por lo tanto, la forma en que se procesan las imágenes visuales antes de la reconstrucción con fosfenos es de gran importancia y es un tema de investigación en curso. Aunque hasta la fecha ningún implante visual cortical ha obtenido la aprobación reglamentaria; se está llevando a cabo un importante trabajo para comprender y abordar importantes cuestiones de ingeniería, quirúrgicas, biológicas y psicofisiológicas, con el objetivo de desarrollar una prótesis visual cortical funcional, operada de forma inalámbrica, con un rendimiento estable a largo plazo y un perfil de seguridad aceptable. Asimismo, en cuanto el uso de estimulación de LGN, aún está en fase de estudio en animales. Aunque los resultados muestran una posible producción de percepciones visuales, aún queda mucho trabajo por hacer para poder emplearla en uso humano. Aun así, este tipo de implantes podría ser prometedor para aquellos pacientes con daño en células ganglionares y al nervio óptico, así como para pacientes con glaucoma y neuropatía óptica. Dando lugar a una mayor resolución, debido a la proyección de la región foveal en el LGN (superior a la retina), sin tener que someterse a una técnica quirúrgica mucho más arriesgada que las de implantación para la estimulación cerebral profunda. Desgraciadamente, como ya se ha mencionado anteriormente, el desarrollo de una prótesis funcional a nivel del nervio óptico está muy lejos en suceder. Aún quedan muchos factores perjudiciales (nombrados en el apartado 4.1.3) que combatir por tal de dar vida a este tipo de implantes. 33 5.Conclusiones Las prótesis retinianas que existen a día de hoy, son parte de las opciones de tratamiento para rehabilitar pacientes con discapacidad visual debido a enfermedades que afecten a los fotorreceptores o células del epitelio pigmentario de la retina. Para estos pacientes, estos dispositivos suponen de gran utilidad para lograr que reconozcan formas y objetos, tengan un mejor desempeño en su movilidad e incluso poder llegar a leer; así como mejorar a sobrellevar su patología. A pesar de los mejores resultados obtenidos con cada prótesis, aún se obtienen visiones que están por debajo del límite de la ceguera legal (20/200) y no les permite a los pacientes recuperar su autonomía completa, pero sí una mejora impresionante en su calidad de vida. Hoy en día, sólo hay dos prótesis comercializadas para su uso en humanos: el implante retiniano Alpha IMS y el implante epirretiniano Argus II. Cada uno de los dispositivos tiene sus características particulares, el implante epirretininano Argus II capta la imagen por medio de una cámara en unas gafas y la estimulación en la retina es en las células ganglionares por medio de una matriz de 60 electrodos de platino; mientras que el implante retiniano Alpha IMS captura la imagen y estimula las células bipolares de manera simultánea usando una matriz de electrodo-microfotodiodo de óxido de iridio de 1500 electrodos en el espacio subretiniano. Sin embargo, con ambos se han obtenido resultados muy similares y prometedores que invitan a que se realicen mejoras a los dispositivos y se sigan investigando alternativas para poder ofrecer a los pacientes opciones que poco a poco vayan alcanzando resultados que se asemejen a la visión natural o que por lo menos les hagan tener una visión funcional. Aunque los CP no son propensos a ser utilizados en los implantes actuales, sus potenciales ventajas físicas y eléctricas marcan a los CP como un prometedor material para mejorar la viabilidad de los bioelectrodos. En el caso de los ojos biónicos, los avances actuales en materia de electrodos que utilizan electrodos de platino no pueden ser expresamente más pequeños sin dejar de distribuir la carga necesaria. Una mayor minimización del tamaño del electrodo, en términos de magnitud, al tiempo que se mantiene la entrega de carga eficiente, junto con la seguridad, podría traer consigo un importante crecimiento de la percepción virtual para el receptor del implante. Paralelamente al avance de los electrodos, los CP por sus propiedades, pueden ayudar potencialmente a una nueva generación de tecnología de bioelectrodos, específicamente en el campo de la biofuncionalidad, que apoyaría al crecimiento y la supervivencia de las células. 34 Se ha observado que, al aplicar los electrodos in vivo, se perciben reacciones de tejido cicatrizal. Por lo tanto, para contrarrestar esto, se pueden integrar fármacos en los CP que liberarán el fármaco en el lugar de implantación, lo que promoverá el proceso neuronal y suprimirá la inflamación hacia el electrodo del CP. Asimismo, el desarrollo de CP biológicamente incorporados para las técnicas de interfaz neuronal sigue siendo objeto de disputa; así, las nuevas estrategias de construcción de sistemas compuestos con hidrogeles o elastómeros ofrece una oportunidad para desarrollar recubrimientos CP estables y duraderos.(Parashar et al., 2020) 6. Bibliografía [1] Ahuja, A. K., & Behrend, M. R. (2013). 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