Un implante de retina es una prótesis visual que permite recuperar la visión de los pacientes que han perdido la visión debido a una degeneración de la retina. El sistema está pensado para recuperar parcialmente la visión útil de quienes han perdido sus fotorreceptores debido a enfermedades de la retina como la retinosis pigmentaria (RP) o la degeneración macular relacionada con la edad (DMRE). Varias empresas privadas e instituciones de investigación están desarrollando implantes de retina y hay tres tipos en fase de ensayos clínicos: epirretinianos (en la retina ), subretinal (detrás de la retina) y supracoroideos (entre la coroides y la esclerótica). Los implantes 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.
Foerster fue el primero en descubrir que la estimulación eléctrica de la corteza occipital podía utilizarse para crear percepciones visuales, fosfenos . [1] La primera aplicación de un estimulador implantable para la restauración de la visión fue desarrollada por los doctores Brindley y Lewin en 1968. [2] Este experimento demostró la viabilidad de crear percepciones visuales utilizando 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 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 implantes de retina también ha sido motivado en parte por el avance y el éxito de los implantes cocleares , que han demostrado que los 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 para su comercialización 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 convirtió en el primer dispositivo electrónico epirretiniano inalámbrico en obtener la aprobación.
Los candidatos óptimos para 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 que 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 familiar con la rehabilitación, también se consideran al determinar candidatos para implantes de retina. En sujetos con degeneración macular relacionada con la edad, que pueden tener una visión periférica intacta, los implantes de retina podrían dar como resultado una forma híbrida de visión. En este caso, el implante complementaría la visión periférica restante con información de la visión central. [13]
Existen dos tipos principales de implantes de retina según su ubicación. Los implantes epirretinianos se colocan en la superficie interna de la retina, mientras que los implantes subretiniales se colocan entre la capa externa de la retina y el epitelio pigmentario de la retina .
Los implantes epirretinianos se colocan sobre la superficie de la retina, por encima de la capa de fibras nerviosas, estimulando directamente las células ganglionares y evitando todas las demás capas de la retina. El conjunto de electrodos se estabiliza en la retina mediante microclavijas que penetran en la esclerótica. Normalmente, la cámara de vídeo externa de las gafas [3] adquiere imágenes y transmite información de vídeo procesada a los electrodos estimulantes mediante 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 de la imagen y convertirla en un patrón espacio-temporal de estimulación entregado al conjunto 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 sencillas sin cirugía adicional. [14] La electrónica externa proporciona un control total sobre el procesamiento de imágenes para cada paciente. [3]
Los implantes epirretinianos estimulan directamente las células ganglionares de la retina, evitando así el resto de las 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 están dañadas.
Dado que la capa de fibras nerviosas tiene un umbral de estimulación similar al de las células ganglionares de la retina, los axones que pasan por debajo de los electrodos epirretinianos se estimulan, 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 dichos implantes se les pide que no muevan los ojos, sino que escaneen el campo visual con la cabeza. Además, la codificación de la información visual en la capa de células ganglionares requiere técnicas de procesamiento de imágenes muy sofisticadas para tener en cuenta los diversos tipos de células ganglionares de la retina que codifican diferentes características de la imagen.
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 de fosfenos discretos, y la función visual de algunos pacientes mejoró significativamente con el tiempo. Se están desarrollando futuras versiones del dispositivo ARGUS con matrices de electrodos cada vez más densas, lo que permite una mejor resolución espacial. El dispositivo ARGUS II más reciente contiene 60 electrodos, y los oftalmólogos e ingenieros del Instituto Oftalmológico de la USC están desarrollando un dispositivo de 200 electrodos. [15] El dispositivo ARGUS II recibió la aprobación para su comercialización en febrero de 2011 (la marca CE demuestra su seguridad y rendimiento), y está disponible en Alemania, Francia, Italia y el Reino Unido. Los resultados provisionales de los ensayos a largo plazo con 30 pacientes se publicaron en Ophthalmology en 2012. [16] Argus II recibió la aprobación de la FDA de 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 ha desarrollado un tercer dispositivo epirretiniano, EPI-RET, y ha avanzado hasta la fase de pruebas clínicas en seis pacientes. El dispositivo EPI-RET contiene 25 electrodos y requiere que el cristalino se sustituya por un chip receptor. Todos los sujetos han demostrado la capacidad de discriminar entre diferentes patrones espaciales y temporales de estimulación. [17]
Los implantes subretinales se asientan 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 interna y media de la retina. [3] Adherir un implante subretinal en su lugar es relativamente simple, ya que el implante está mecánicamente restringido por la distancia mínima entre la retina externa y el epitelio pigmentario de la retina. Un implante subretinal consiste en una oblea de silicio que contiene microfotodiodos sensibles a la luz , que generan señales directamente a partir de la luz entrante. La luz incidente que pasa a través de 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 estimula, por lo tanto, 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 subretinales no requieren ningún hardware externo más allá del conjunto de microfotodiodos implantados. Sin embargo, algunos implantes subretinianos requieren energía de circuitos externos para mejorar la señal de la imagen. [4]
Un implante subretinal es ventajoso sobre un implante epirretiniano en parte debido a su diseño más simple. La adquisición, procesamiento y 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 colocación subretinal también es más sencilla, ya que coloca la matriz de estimulación directamente adyacente a los fotorreceptores dañados. [3] [13] Al confiar en la función de las capas retinianas restantes, los implantes subretinal permiten un 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 subretinal permiten a los sujetos usar movimientos oculares normales para cambiar su mirada. La estimulación retinotópica de los implantes subretinal es inherentemente más precisa, ya que el patrón de luz incidente en los microfotodiodos es un reflejo directo de la imagen deseada. Los implantes subretinales requieren una fijación mínima, ya que el espacio subretinal está restringido mecánicamente y el epitelio pigmentario de la retina crea una presión negativa dentro del espacio subretinal. [4]
La principal desventaja de los implantes subretinianos es la falta de luz incidente suficiente para permitir que los microfotodiodos generen la corriente adecuada. Por ello, los implantes subretinianos suelen incorporar una fuente de alimentación externa para amplificar el efecto de la luz incidente. [3] La naturaleza compacta del espacio subretiniano impone importantes restricciones de tamaño al implante. La 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 que las capas interna y media de la retina estén 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 provocar 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]
Optobionics fue la primera empresa en desarrollar un implante subretinal y evaluar el diseño en un ensayo clínico. Los informes iniciales indicaron que el procedimiento de implantación era seguro y todos los sujetos informaron cierta percepción de luz y una leve mejora en la función visual. [18] La versión actual de este dispositivo se ha implantado en 10 pacientes, que han informado de mejoras en la percepción de los detalles visuales, incluidos el contraste, la forma y el movimiento. [4] Retina Implant AG en Alemania también ha desarrollado un implante subretinal, que se ha sometido a pruebas clínicas en nueve pacientes. El ensayo se suspendió debido a repetidos fallos. [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 de los resultados de 12 meses del estudio Alpha IMS en febrero de 2013, que mostraban 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 de diversas percepciones visuales mediadas por el implante en la vida diaria. Uno de ellos tenía daño en el nervio óptico y no percibía estimulación. El Proyecto de Implantes Subretinales de Boston también ha desarrollado varias iteraciones de un implante subretinal funcional y se ha centrado en el análisis a corto plazo de la función del implante. [19] Los resultados de todos los ensayos clínicos realizados hasta la fecha indican que los pacientes que reciben implantes subretinales informan la percepción de fosfenos, y algunos adquieren la capacidad de realizar tareas visuales básicas, como el reconocimiento de formas y la detección de movimiento. [13]
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 entre 60 y 100 canales, suficientes para tareas básicas de discriminación y reconocimiento 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 agrandado. [20] Experimentos similares que evaluaron la capacidad de navegación en una sala con imágenes pixeladas demostraron que 60 canales eran suficientes para sujetos experimentados, mientras que los sujetos inexpertos 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 de 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. La cantidad de electrodos necesarios para la lectura o la navegación en la sala puede variar 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 entre 600 y 1000 electrodos para permitir a los sujetos realizar una amplia variedad de tareas, como leer, reconocer rostros y desplazarse por habitaciones. [3] Por lo tanto, la resolución espacial disponible de los implantes de retina debe aumentar en un factor de 10, aunque siga siendo lo suficientemente pequeña como para que se pueda implantar, a fin de restaurar la función visual suficiente para esas tareas. Vale la pena señalar que la estimulación de alta densidad no es igual 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]
Los informes clínicos hasta la fecha han demostrado un éxito mixto: 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 rudimentaria a personas que de otro modo 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. Sigue sin estar 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 futuras investigaciones, 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 22 de julio de 2015, el Manchester Royal Infirmary y el profesor Paulo E Stanga anunciaron la primera implantación exitosa del Argus II de Second Sight en pacientes con degeneración macular relacionada con la edad grave. [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 con DMAE.