Varias empresas privadas e instituciones de investigación de todo el mundo están desarrollando prótesis de retina para restaurar la vista en pacientes cegados por la degeneración de la retina. El sistema está destinado a restaurar parcialmente la visión útil de las personas que han perdido sus fotorreceptores debido a enfermedades de la retina como la retinosis pigmentaria (RP) o la degeneración macular relacionada con la edad (DMAE). Actualmente se encuentran en ensayos clínicos tres tipos de implantes de retina: epirretinianos (en la retina ), subretinianos (detrás de la retina) y supracoroideos.(entre la coroides y la esclerótica). Los implantes de retina introducen información visual en la retina estimulando eléctricamente las neuronas retinianas supervivientes. Hasta ahora, las percepciones obtenidas tenían una resolución bastante baja y pueden ser adecuadas para la percepción de la luz y el reconocimiento de objetos simples.
Historia
Foerster fue el primero en descubrir que la estimulación eléctrica de la corteza occipital podría usarse para crear percepciones visuales, fosfenos . [1] La primera aplicación de un estimulador implantable para la restauración de la visión fue desarrollada por los Dres. Brindley y Lewin en 1968. [2] Este experimento demostró la viabilidad de crear percepciones visuales mediante estimulación eléctrica directa y motivó el desarrollo de varios otros dispositivos implantables para la estimulación de la vía visual, incluidos los implantes de retina. [3] Los dispositivos de estimulación de la retina, en particular, se han convertido en un foco de investigación ya que aproximadamente la mitad de todos los casos de ceguera son causados por daño en la retina. [4] El desarrollo de los implantes de retina también ha sido motivado en parte por el avance y el éxito de los implantes cocleares , lo que ha demostrado que los seres humanos pueden recuperar una función sensorial significativa con una entrada limitada. [5]
El implante de retina Argus II , fabricado por Second Sight Medical Products, recibió la aprobación del mercado en los EE. UU. En febrero de 2013 y en Europa en febrero de 2011, convirtiéndose en el primer implante aprobado. [6] El dispositivo puede ayudar a los adultos con RP que han perdido la capacidad de percibir formas y movimientos a ser más móviles y realizar actividades cotidianas. El dispositivo epirretiniano se conoce como Retina Implant y fue desarrollado originalmente en Alemania por Retina Implant AG . Completó un ensayo clínico multicéntrico en Europa y recibió la marca CE en 2013, lo que lo convierte en el primer dispositivo electrónico epirretinal inalámbrico en obtener la aprobación.
Candidatos
Los candidatos óptimos para los implantes de retina tienen enfermedades de la retina, como retinitis pigmentosa o degeneración macular relacionada con la edad. Estas enfermedades causan ceguera al afectar las células fotorreceptoras en la capa externa de la retina, mientras dejan intactas las capas interna y media de la retina. [4] [7] [8] [9] [10] [11] Como mínimo, un paciente debe tener una capa de células ganglionares intacta para ser candidato a un implante de retina. Esto se puede evaluar de forma no invasiva mediante imágenes de tomografía de coherencia óptica (OCT) . [12] Otros factores, incluida la cantidad de visión residual, la salud general y el compromiso de la familia con la rehabilitación, también se consideran al determinar los candidatos para implantes de retina. En sujetos con degeneración macular relacionada con la edad, que pueden tener la visión periférica intacta, los implantes de retina pueden resultar en una forma híbrida de visión. En este caso, el implante complementaría la visión periférica restante con información de visión central. [13]
Tipos
Hay dos tipos principales de implantes de retina por colocación. Los implantes epirretinianos se colocan en la superficie interna de la retina, mientras que los implantes subretinianos se colocan entre la capa retiniana externa y el epitelio pigmentario de la retina .
Implantes epirretinianos
Criterios de diseño
Los implantes epirretinianos se colocan en la parte superior de la superficie de la retina, por encima de la capa de fibras nerviosas, estimulando directamente las células ganglionares y sin pasar por todas las demás capas de la retina. La matriz de electrodos se estabiliza en la retina mediante micro tachuelas que penetran en la esclerótica. Normalmente, la cámara de video externa en anteojos [3] adquiere imágenes y transmite información de video procesada a los electrodos estimulantes a través de telemetría inalámbrica . [13] También se requiere un transmisor externo para proporcionar energía al implante a través de bobinas de inducción de radiofrecuencia o láseres infrarrojos . El procesamiento de imágenes en tiempo real implica reducir la resolución, mejorar el contraste, detectar los bordes en la imagen y convertirlos en un patrón espacio-temporal de estimulación entregado a la matriz de electrodos en la retina. [4] [13] La mayoría de los componentes electrónicos se pueden incorporar a los componentes externos asociados, lo que permite un implante más pequeño y actualizaciones más simples sin cirugía adicional. [14] La electrónica externa proporciona un control total sobre el procesamiento de imágenes para cada paciente. [3]
Ventajas
Los implantes epirretinianos estimulan directamente las células ganglionares de la retina, evitando así todas las demás capas de la retina. Por lo tanto, en principio, los implantes epirretinianos podrían proporcionar percepción visual a las personas incluso si todas las demás capas de la retina se han dañado.
Desventajas
Dado que la capa de fibras nerviosas tiene un umbral de estimulación similar al de las células ganglionares de la retina, se estimulan los axones que pasan por debajo de los electrodos epirretinianos, creando percepciones arqueadas y distorsionando así el mapa retinotópico. Hasta ahora, ninguno de los implantes epirretinianos tenía píxeles sensibles a la luz y, por lo tanto, dependen de una cámara externa para capturar la información visual. Por lo tanto, a diferencia de la visión natural, los movimientos oculares no cambian la imagen transmitida en la retina, lo que crea una percepción del objeto en movimiento cuando la persona con un implante de este tipo cambia la dirección de la mirada. Por lo tanto, a los pacientes con tales implantes se les pide que no muevan los ojos, sino que escaneen el campo visual con la cabeza. Además, la codificación de información visual en la capa de células ganglionares requiere técnicas de procesamiento de imágenes muy sofisticadas para tener en cuenta varios tipos de células ganglionares de la retina que codifican diferentes características de la imagen.
Estudio clínico
El primer implante epirretiniano, el dispositivo ARGUS, incluía una matriz de platino de silicio con 16 electrodos. [13] El ensayo clínico de fase I de ARGUS comenzó en 2002 con la implantación del dispositivo en seis participantes. Todos los pacientes informaron haber ganado una percepción de la luz y los fosfenos discretos, y la función visual de algunos pacientes mejoró significativamente con el tiempo. Se están desarrollando versiones futuras del dispositivo ARGUS con conjuntos de electrodos cada vez más densos, lo que permite una resolución espacial mejorada. El dispositivo ARGUS II más reciente contiene 60 electrodos, y oftalmólogos e ingenieros del USC Eye Institute están desarrollando un dispositivo de 200 electrodos. [15] El dispositivo ARGUS II recibió la aprobación de comercialización en febrero de 2011 (marca CE que demuestra seguridad y rendimiento) y está disponible en Alemania, Francia, Italia y Reino Unido. En 2012 se publicaron en Ophthalmology resultados provisionales de ensayos a largo plazo en 30 pacientes . [16] Argus II recibió la aprobación de la FDA de los EE. UU. El 14 de abril de 2013 Aprobación de la FDA [ enlace muerto ] . Otro dispositivo epirretiniano, el Learning Retinal Implant, ha sido desarrollado por IIP Technologies GmbH y ha comenzado a evaluarse en ensayos clínicos. [13] Se desarrolló un tercer dispositivo epirretiniano, EPI-RET, y se pasó a pruebas clínicas en seis pacientes. El dispositivo EPI-RET contiene 25 electrodos y requiere que la lente cristalina sea reemplazada por un chip receptor. Todos los sujetos han demostrado la capacidad de discriminar entre diferentes patrones de estimulación espaciales y temporales. [17]
Implantes subretinianos
Criterios de diseño
Los implantes subretinianos se colocan en la superficie externa de la retina, entre la capa de fotorreceptores y el epitelio pigmentario de la retina, estimulando directamente las células retinianas y confiando en el procesamiento normal de las capas retinianas interna y media. [3] Adherir un implante subretiniano en su lugar es relativamente simple, ya que el implante está limitado mecánicamente por la distancia mínima entre la retina externa y el epitelio pigmentario de la retina. Un implante subretiniano consiste en una oblea de silicio que contiene microfotodiodos sensibles a la luz , que generan señales directamente de la luz entrante. La luz incidente que atraviesa la retina genera corrientes dentro de los microfotodiodos, que inyectan directamente la corriente resultante en las células retinianas subyacentes a través de conjuntos de microelectrodos . El patrón de microfotodiodos activados por la luz incidente, por lo tanto, estimula un patrón de células bipolares , horizontales , amacrinas y ganglionares , lo que lleva a una percepción visual representativa de la imagen incidente original. En principio, los implantes subretinianos no requieren ningún hardware externo más allá de la matriz de microfotodiodos implantados. Sin embargo, algunos implantes subretinianos requieren energía de circuitos externos para mejorar la señal de imagen. [4]
Ventajas
Un implante subretiniano es ventajoso sobre un implante epirretiniano en parte debido a su diseño más simple. La adquisición, el procesamiento y la estimulación de la luz se llevan a cabo mediante microfotodiodos montados en un solo chip, a diferencia de la cámara externa, el chip de procesamiento y la matriz de electrodos implantados asociados con un implante epirretiniano. [4] La ubicación subretiniana también es más sencilla, ya que coloca la matriz de estimulación directamente adyacente a los fotorreceptores dañados. [3] [13] Al depender de la función de las capas retinianas restantes, los implantes subretinianos permiten el procesamiento retiniano interno normal, incluida la amplificación, lo que da como resultado un umbral general más bajo para una respuesta visual. [3] Además, los implantes subretinianos permiten a los sujetos utilizar movimientos oculares normales para cambiar la mirada. La estimulación retinotópica de los implantes subretinianos es intrínsecamente más precisa, ya que el patrón de luz incidente en los microfotodiodos es un reflejo directo de la imagen deseada. Los implantes subretinianos requieren una fijación mínima, ya que el espacio subretiniano está restringido mecánicamente y el epitelio pigmentario de la retina crea una presión negativa dentro del espacio subretiniano. [4]
Desventajas
La principal desventaja de los implantes subretinianos es la falta de luz incidente suficiente para permitir que los microfotodiodos generen la corriente adecuada. Por lo tanto, los implantes subretinianos a menudo incorporan una fuente de energía externa para amplificar el efecto de la luz incidente. [3] La naturaleza compacta del espacio subretiniano impone limitaciones de tamaño significativas al implante. La estrecha proximidad entre el implante y la retina también aumenta la posibilidad de daño térmico a la retina debido al calor generado por el implante. [4] Los implantes subretinianos requieren capas retinianas internas y medias intactas y, por lo tanto, no son beneficiosos para las enfermedades de la retina que se extienden más allá de la capa externa de fotorreceptores. Además, la pérdida de fotorreceptores puede resultar en la formación de una membrana en el límite de los fotorreceptores dañados, lo que puede impedir la estimulación y aumentar el umbral de estimulación. [13]
Estudios clínicos
Optobionics fue la primera empresa en desarrollar un implante subretiniano y evaluar el diseño en un ensayo clínico. Los informes iniciales indicaron que el procedimiento de implantación fue seguro y todos los sujetos informaron cierta percepción de luz y una leve mejoría en la función visual. [18] La versión actual de este dispositivo se implantó en 10 pacientes, cada uno de los cuales informó mejoras en la percepción de los detalles visuales, incluido el contraste, la forma y el movimiento. [4] Retina Implant AG en Alemania también ha desarrollado un implante subretiniano, que ha sido sometido a pruebas clínicas en nueve pacientes. El juicio se suspendió debido a repetidos fracasos. [13] El dispositivo Retina Implant AG contiene 1500 microfotodiodos, lo que permite una mayor resolución espacial, pero requiere una fuente de alimentación externa. Retina implant AG informó resultados de 12 meses en el estudio Alpha IMS en febrero de 2013 que muestra que seis de nueve pacientes tuvieron una falla del dispositivo en los nueve meses posteriores al implante Proceedings of the royal society B , y que cinco de los ocho sujetos informaron varios implantes percepciones visuales mediadas en la vida diaria. Uno tenía daño del nervio óptico y no percibió estimulación. El Boston Subretinal Implant Project también ha desarrollado varias iteraciones de un implante subretiniano funcional y se ha centrado en el análisis a corto plazo de la función del implante. [19] Los resultados de todos los ensayos clínicos hasta la fecha indican que los pacientes que reciben implantes subretinianos informan percepción de fosfenos, y algunos obtienen la capacidad de realizar tareas visuales básicas, como el reconocimiento de formas y la detección de movimiento. [13]
Resolucion espacial
La calidad de visión que se espera de un implante de retina se basa en gran medida en la resolución espacial máxima del implante. Los prototipos actuales de implantes de retina son capaces de proporcionar imágenes pixeladas de baja resolución .
Los implantes de retina "de última generación" incorporan 60-100 canales, suficientes para tareas básicas de reconocimiento y discriminación de objetos. Sin embargo, las simulaciones de las imágenes pixeladas resultantes suponen que todos los electrodos del implante están en contacto con la célula retiniana deseada; en realidad, la resolución espacial esperada es menor, ya que algunos de los electrodos pueden no funcionar de manera óptima. [3] Las pruebas de rendimiento de lectura indicaron que un implante de 60 canales es suficiente para restaurar cierta capacidad de lectura, pero solo con texto significativamente ampliado. [20] Experimentos similares que evaluaron la capacidad de navegación de la habitación con imágenes pixeladas demostraron que 60 canales eran suficientes para sujetos experimentados, mientras que los sujetos ingenuos requerían 256 canales. Este experimento, por lo tanto, no solo demostró la funcionalidad proporcionada por la retroalimentación visual de baja resolución , sino también la capacidad de los sujetos para adaptarse y mejorar con el tiempo. [21] Sin embargo, estos experimentos se basan simplemente en simulaciones de visión de baja resolución en sujetos normales, en lugar de pruebas clínicas de sujetos implantados. El número de electrodos necesarios para la lectura o la navegación por la habitación puede diferir en los sujetos implantados, y es necesario realizar más pruebas dentro de esta población clínica para determinar la resolución espacial requerida para tareas visuales específicas.
Los resultados de la simulación indican que se necesitarían 600-1000 electrodos para permitir que los sujetos realicen una amplia variedad de tareas, incluida la lectura, el reconocimiento facial y la navegación por las habitaciones. [3] Por lo tanto, la resolución espacial disponible de los implantes de retina debe aumentar en un factor de 10, sin dejar de ser lo suficientemente pequeña para implantar, para restaurar la función visual suficiente para esas tareas. Vale la pena señalar que la estimulación de alta densidad no equivale a una alta agudeza visual (resolución), lo que requiere muchos factores tanto en el hardware (electrodos y recubrimientos) como en el software (estrategias de estimulación basadas en resultados quirúrgicos). [22]
Estado actual y desarrollos futuros
Los informes clínicos hasta la fecha han demostrado un éxito mixto, y todos los pacientes informan al menos alguna sensación de luz de los electrodos y una proporción menor obtiene una función visual más detallada, como la identificación de patrones de áreas claras y oscuras. Los informes clínicos indican que, incluso con baja resolución, los implantes de retina son potencialmente útiles para proporcionar una visión cruda a personas que de otra manera no tendrían ninguna sensación visual. [13] Sin embargo, las pruebas clínicas en sujetos implantados son algo limitadas y la mayoría de los experimentos de simulación de resolución espacial se han realizado en controles normales. No está claro si la visión de bajo nivel proporcionada por los implantes de retina actuales es suficiente para equilibrar los riesgos asociados con el procedimiento quirúrgico, especialmente para sujetos con visión periférica intacta. Varios otros aspectos de los implantes de retina deben abordarse en investigaciones futuras, incluida la estabilidad a largo plazo de los implantes y la posibilidad de plasticidad de las neuronas de la retina en respuesta a la estimulación prolongada. [4]
El Manchester Royal Infirmary y el profesor Paulo E Stanga anunciaron el 22 de julio de 2015 la primera implantación exitosa del Argus II de Second Sight en pacientes que sufren de degeneración macular grave relacionada con la edad. [23] [24] Estos resultados son muy impresionantes ya que parece que los pacientes integran la visión residual y la visión artificial. Potencialmente abre el uso de implantes de retina a millones de pacientes que padecen DMAE.
Ver también
- Regeneración de la retina
Referencias
- ^ O. Foerster (1929). "Beitrage zur Pathophysiologie der Sehbahn und der Sehsphare". Journal für Psychologie und Neurologie . 39 : 463–85.
- ^ G. Brindley; W. Lewin (1968). "La sensación que produce la estimulación eléctrica de la corteza visual" . Revista de fisiología . 196 (2): 479–93. doi : 10.1113 / jphysiol.1968.sp008519 . PMC 1351724 . PMID 4871047 .
- ^ a b c d e f g h yo J. Weiland; T. Liu; M. Humayun (2005). "Prótesis de retina". Revisión anual de Ingeniería Biomédica . 7 : 361–401. doi : 10.1146 / annurev.bioeng.7.060804.100435 . PMID 16004575 .
- ^ a b c d e f g h yo E. Zrenner (2002). "¿Los implantes de retina restaurarán la visión?" . Ciencia . 295 (5557): 1022–5. Código Bibliográfico : 2002Sci ... 295.1022Z . doi : 10.1126 / science.1067996 . PMID 11834821 .
- ^ F. Zeng (2004). "Tendencias en implantes cocleares" . Tendencias en amplificación . 8 (1): 1–34. doi : 10.1177/108471380400800102 . PMC 4111484 . PMID 15247993 .
- ^ "La FDA aprueba el primer implante de retina para adultos con enfermedad ocular genética rara" . fda.gov . Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos. 14 de febrero de 2013 . Consultado el 14 de marzo de 2015 .
- ^ J. Stone; W. Barlow; M. Humayun; E. deJuan Jr .; A. Milam (1992). "Análisis morfométrico de fotorreceptores maculares y células ganglionares en retinas con retinosis pigmentaria". Archivos de Oftalmología . 110 (11): 1634–9. doi : 10.1001 / archopht.1992.01080230134038 . PMID 1444925 .
- ^ A. Santos; M. Humayun; E. deJuan Jr .; R. Greenburg; M. Marsh; I. Klock; et al. (1997). "Preservación de la retina interna en la retinitis pigmentosa: un análisis morfométrico". Archivos de Oftalmología . 115 (4): 511–5. doi : 10.1001 / archopht.1997.01100150513011 . PMID 9109761 .
- ^ M. Humayun (1999). "Análisis morfométrico de la retina extramacular de ojos post mortem con retinosis pigmentaria". Oftalmología Investigadora y Ciencias Visuales . 40 (1): 143–8. PMID 9888437 .
- ^ S. Kim; S. Sadda; M. Humayun; E. deJuan Jr .; B. Melia; W. Green (2002). "Análisis morfométrico de la mácula en ojos con atrofia geográfica por degeneración macular asociada a la edad". Retina . 46 (4): 4–10. doi : 10.1097 / 00006982-200208000-00011 . PMID 12172114 .
- ^ S. Kim; S. Sadda; J. Pearlman; M. Humayun; E. deJuan Jr .; B. Melia; et al. (2002). "Análisis morfométrico de la mácula en ojos con degeneración macular disciforme relacionada con la edad". Retina . 47 (4): 471–477. doi : 10.1097 / 00006982-200208000-00012 . PMID 12172115 .
- ^ T. Matsuo; N. Morimoto (2007). "Agudeza visual y capas retinianas perimaculares detectadas por tomografía de coherencia óptica en pacientes con retinosis pigmentaria" . Oftalmología Investigadora y Ciencias Visuales . 91 (7): 888–90. doi : 10.1136 / bjo.2007.114538 . PMC 1955635 . PMID 17314147 .
- ^ a b c d e f g h yo j G. Chader; J. Weiland; M. Humayun (2009). "Visión artificial: necesidades, funcionamiento y prueba de una prótesis electrónica de retina". Progreso en la investigación del cerebro . 175 : 0079–6123. doi : 10.1016 / s0079-6123 (09) 17522-2 . ISBN 9780123745118. PMID 19660665 .
- ^ W. Liu; K. Vichienchom; M. Clements; C. Demarco; C. Hughes; C. McGucken; et al. (2000). "Un chip de neuroestímulo con unidad de telemetría para dispositivo de prótesis de retina". Revista IEEE de circuitos de estado sólido . 35 (10): 1487–97. Código Bibliográfico : 2000IJSSC..35.1487L . doi : 10.1109 / 4.871327 .
- ^ M. Humayun; J. Weiland; G. Fujii; R. Greenberg; R. Williamson; J. Little; et al. (2003). "Percepción visual en un sujeto ciego con una prótesis retiniana microelectrónica crónica". Investigación de la visión . 43 (24): 2573–81. doi : 10.1016 / s0042-6989 (03) 00457-7 . PMID 13129543 .
- ^ Humayun MS, Dorn JD, da Cruz L, Dagnelie G, Sahel JA, Stanga PE, Cideciyan AV, Duncan JL, Eliott D, Filley E, Ho AC, Santos A, Safran AB, Arditi A, Del Priore LV, Greenberg RJ ( 2012). "Resultados provisionales del ensayo internacional de la prótesis visual de Second Sight" . Oftalmología . 119 (4): 779–88. doi : 10.1016 / j.ophtha.2011.09.028 . PMC 3319859 . PMID 22244176 .
- ^ S. Klauke; M. Goertz; S. Rein; D. Hoehl; U. Thomas; R. Eckhorn; F. Bremmer; T. Wachtler (2011). "La estimulación con un implante epirretiniano intraocular inalámbrico provoca percepciones visuales en humanos ciegos" . Oftalmología Investigadora y Ciencias Visuales . 52 (1): 449–55. doi : 10.1167 / iovs.09-4410 . PMID 20861492 .
- ^ A. Chow; V. Chow; K. Packo; J. Pollack; G. Peyman; R. Schuchard (2004). "El microchip de retina de silicio artificial para el tratamiento de la pérdida de visión por retinosis pigmentaria" . Archivos de Oftalmología . 122 (4): 1156–7. doi : 10.1001 / archopht.122.4.460 . PMID 15078662 .
- ^ J. Rizzo III; J. Wyatt Jr .; J. Lowenstein; S. Kelly; D. Shire (2003). "Eficacia perceptiva de la estimulación eléctrica de la retina humana con matriz de microelectrodos durante ensayos quirúrgicos a corto plazo" . Oftalmología Investigadora y Ciencias Visuales . 44 (12): 5362–5369. doi : 10.1167 / iovs.02-0817 . PMID 14638739 .
- ^ A. Fornos; J. Sommerhalder; M. Pelizzone (2011). "Lectura con un implante simulado de 60 canales" . Fronteras en neurociencia . 5 : 57. doi : 10.3389 / fnins.2011.00057 . PMC 3089939 . PMID 21625622 .
- ^ G. Dagnelie; P. Keane; V. Narla; L. Yang; J. Weiland; M. Humayun (2007). "Rendimiento de movilidad real y virtual en visión protésica simulada". Revista de Ingeniería Neural . 4 (1): S92-101. Código Bibliográfico : 2007JNEng ... 4S..92D . doi : 10.1088 / 1741-2560 / 4/1 / s11 . PMID 17325421 .
- ^ Zeng, Q .; Zhao, S .; Yang, H .; Zhang, Y .; Wu, T. (22 de junio de 2019). "Micro / Nano tecnologías para implantes de retina de alta densidad" . Micromáquinas . Micromachines (Basilea). 10 (6): 419. doi : 10,3390 / mi10060419 . PMC 6630275 . PMID 31234507 .
- ^ Artículo en Times
- ^ BBC
enlaces externos
- Proyecto de implante de retina de Japón
- - Proyecto de implantes de retina - rle.mit.edu
- Instituto Nacional de Ojos de los Institutos Nacionales de Salud (NIH)