A principios del pasado mes de agosto, BIOTECH MAGAZINE & NEWS recogía con detalle el avance protagonizado por investigadores alemanes, en el sentido de que habían creado un implante coclear óptico basado en luces LED. Aquel estudio se publicó en Science Translational Medicine.
Decíamos entonces que es, sin duda, un avance en estos dispositivos electrónicos que han logrado que personas profundamente sordas tengan una comprensión del habla.
Ahora, el mismo equipo ha logrado dar otro paso importante hacia el desarrollo del implante coclear óptico. Como explican en Proceedings of the National Academy of Sciences, gracias a la colaboración de un equipo de físicos pudieron utilizar técnicas de imagen combinadas de tomografía de rayos X, fluorescencia y microscopía para crear imágenes detalladas de las cócleas de roedores y primates no humanos.
A pesar de la escasa experiencia que se tiene, los implantes cocleares permiten a las personas con discapacidad auditiva profunda subir muchos escalones en términos de calidad de vida.
Sin embargo, los ruidos de fondo siguen siendo un problema que, además, comprometen de forma significativa la comprensión del habla de las personas con implantes cocleares.
Ahora, el equipo de científicos dirigido por Tobias Moser, del Instituto de Neurociencia Auditiva e InnerEarLab del Centro Médico Universitario de Göttingen y del Laboratorio de Neurociencia Auditiva y Optogenética del Centro Alemán de Primates – Instituto Leibniz para la Investigación de Primates (DPZ), trabaja para mejorar estos implantes.
Implante coclear óptico con luz
Estos investigadores quieren utilizar métodos de ingeniería genética para conseguir que las células nerviosas del oído sean sensibles a la luz para que, posteriormente, puedan estimularse con luz en lugar de electricidad, como es el caso actualmente.
Al utilizar la luz, los científicos esperan poder estimular las neuronas del oído de forma más selectiva. Con un equipo de físicos dirigido por Tim Salditt, que también realiza investigaciones en el Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) de Göttingen, los investigadores pudieron utilizar técnicas de imagen combinadas de tomografía de rayos X, fluorescencia y microscopía para crear imágenes detalladas de las cócleas de roedores y primates no humanos.
Como señalan en su estudio, todo esto determinó una serie de relevantes parámetros para el diseño y la consistencia del material de los implantes cocleares ópticos. Además, estos investigadores, que incluyen a científicos del Collaborative Research Center 889, lograron simular la propagación de la luz en la cóclea del tití común.
Los resultados de la simulación demuestran que es posible la estimulación optogenética espacialmente limitada de las neuronas auditivas. En consecuencia, la estimulación óptica conduciría a una impresión auditiva mucho más diferenciada que la estimulación eléctrica utilizada hasta ahora.
Cerca de 430 millones de personas, más del 5% de la población mundial, se ven afectadas por la pérdida auditiva y la sordera, según las estimaciones actuales de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Las causas son muchas: factores genéticos, infecciones, enfermedades crónicas, traumatismos en el oído o la cabeza, sonidos fuertes y ruidos, pero también efectos secundarios de los medicamentos. Los audífonos y los implantes cocleares eléctricos siguen siendo los dispositivos más utilizados para rehabilitar la pérdida auditiva, siendo este último utilizado por más de 700.000 personas en todo el mundo.
El ruido de fondo, el gran inconveniente
Los implantes eléctricos de cóclea permiten que los usuarios con sordera profunda o con problemas de audición comprendan el habla en ausencia de señales no verbales, por ejemplo, en el teléfono. Sin embargo, el ruido de fondo perjudica significativamente esta comprensión. Incluso las sutilezas lingüísticas que los hablantes transmiten al cambiar el tono o la melodía del habla no pueden captarse por implantes convencionales.
Esto se debe principalmente a una baja resolución de frecuencia e intensidad. Los implantes cocleares eléctricos estimulan las células nerviosas del oído mediante una corriente eléctrica transmitida desde 12 a 24 electrodos. Sin embargo, la corriente se distribuye ampliamente en el líquido de la cóclea, lo que afecta la calidad de la audición.
Dado que la luz se puede enfocar, la estimulación optogenética de las neuronas auditivas imaginada por el equipo de Tobias Moser promete mejorar significativamente la resolución de frecuencia e intensidad.
El desarrollo de implantes cocleares ópticos es una empresa compleja que involucra a muchos investigadores de diferentes disciplinas, desde la investigación en principios básicos hasta aplicaciones clínicas. Un factor es la complicada estructura de la cóclea, que es poco accesible para la investigación, incluso mediante imágenes porque se incrusta profundamente en el hueso temporal.
Sin embargo, el conocimiento detallado de la estructura de la cóclea es fundamental para el desarrollo de una terapia innovadora de la sordera. Los investigadores se basan en estudios en animales para desarrollar la terapia génica y los implantes cocleares ópticos, y así probar su eficacia y seguridad.
Los modelos animales adecuados incluyen roedores tales como ratones, ratas, jerbos y, a medida que avanza la investigación, primates no humanos.
Implante coclear óptico en titíes
En DPZ (Deutsches Primaten Zentrum), expertos del Laboratorio de Neurociencia Auditiva y Optogenética llevan a cabo distintas investigaciones con titíes comunes, cuyo comportamiento en la comunicación vocal es similar al de los humanos.
“Para los estudios preclínicos, es necesario un conocimiento detallado de la anatomía de la cóclea. Utilizamos tomografía de rayos X de contraste de fase y microscopía de fluorescencia de lámina de luz, así como una combinación de ambas, para obtener imágenes de la estructura de la cóclea, tanto de los modelos de roedores principales como de los titíes comunes”, explica Daniel Keppeler, primer autor del estudio.
Así, recuerda que “para la obtención de imágenes multimodales y a escala cruzada, desarrollamos instrumentos y métodos especiales, tanto aquí, en nuestro laboratorio, como con radiación de sincrotrón”.
El profesor Tim Salditt, del Instituto de Física de Rayos X de la Universidad de Göttingen, quien dirigió el equipo de investigación en tomografía de rayos X, matiza que “de esta manera, pudimos obtener información detallada sobre la anatomía de los huesos, los tejidos y las células nerviosas”.
Con los datos obtenidos sobre la anatomía de las diferentes cócleas, el equipo diseñó un implante con emisores LED para titíes comunes que insertó Alexander Meyer, un experimentado cirujano de oído, nariz y garganta, de la Universidad de Göttingen, de manera análoga a la cirugía en humanos.
Además, los investigadores utilizaron datos de imágenes para simular la propagación de la luz generada por los emisores de los implantes ópticos en la cóclea de primates no humanos.
Finalmente, Moser asegura que “nuestras simulaciones indican una excitación optogenética espacialmente limitada de las neuronas auditivas y, por tanto, una mayor selectividad de frecuencia que con la estimulación eléctrica anterior. Según estos cálculos, los implantes cocleares ópticos mejoran significativamente la audición del habla y de la música”.
