Implantar pequeños paneles solares en los globos oculares de las personas puede parecer ciencia ficción, pero eso es exactamente en lo que está trabajando un equipo de científicos australianos. La tecnología de próxima generación podría mejorar enormemente la calidad de vida de las personas con enfermedades oculares incurables.
Las neuroprótesis interactúan con el sistema nervioso para restaurar la funcionalidad perdida. Un buen ejemplo es el implante coclearun pequeño dispositivo electrónico implantado quirúrgicamente en el oído interno que estimula el nervio auditivo para proporcionar señales sonoras directamente al cerebro, mejorando la audición.
Ahora, investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) están explorando si una tecnología neuroprótesis similar puede restaurar la visión en personas con fotorreceptores dañados, células especializadas en la retina capaces de absorber la luz y convertirla en señales eléctricas que pueden enviarse al corteza visual.
Los chips de sensores de cámara ofrecen alta resolución, profundidad de color extrema y un grado cada vez mayor de sensibilidad con poca luz, pero hay un problema clave: necesitan energía. Uno se estremece al pensar dónde iría la batería de un sensor de cámara en el globo ocular, o cómo la cambiaría o la cargaría. Por otro lado, existe otra tecnología capaz de convertir la luz directamente en electricidad: los paneles solares fotovoltaicos.
«Las personas con ciertas enfermedades como la retinitis pigmentosa y la degeneración macular relacionada con la edad pierden lentamente la vista a medida que los fotorreceptores en el centro del ojo se degeneran», dijo Udo Römer, un ingeniero especializado en energía fotovoltaica, comúnmente conocida como tecnología de paneles solares. “Durante mucho tiempo se pensó que los implantes biomédicos en la retina podrían reemplazar los fotorreceptores dañados. Una forma de hacerlo es utilizar electrodos para crear [a] pulso de voltaje que puede permitir a las personas ver un punto diminuto”.
De la luz surge la visión (generalmente)
Cuando la luz incide sobre retina en la parte posterior del ojo, los fotorreceptores lo convierten en señales eléctricas. Estas señales viajan desde la retina a través del nervio óptico hasta el cerebro, donde se convierten en las imágenes que vemos.
Retinitis pigmentosa (RP) es el nombre que se le da a un grupo de enfermedades oculares genéticas raras que causan la lenta degradación de los fotorreceptores que capturan imágenes, lo que conduce a la pérdida de la visión con el tiempo. En la degeneración macular relacionada con la edad (DMAE), la mácula, la parte de la retina que controla la visión nítida y recta, se daña, lo que provoca la pérdida de visión en el campo visual central. Actualmente, no existe cura para RP o AMD.
Encuentro casual: una fusión de energía fotovoltaica y biomedicina
El motivo de Römer para embarcarse en esta investigación fue un encuentro casual con un estudiante de biomedicina.
«Estaba ayudando a un estudiante de doctorado de nuestra escuela de biomedicina con el procesamiento y tuvimos algunas discusiones interesantes sobre las diferentes investigaciones que se están llevando a cabo en su grupo», dijo Römer. Nuevo Atlas. «I [very] Disfruto mucho trabajando con células solares, pero mucho de lo que hacen es súper interesante y suena bastante futurista. Su proyecto de doctorado versaba sobre células solares para estimulación neuronal y me mostró un trabajo de investigación del Grupo Palanker en Stanford Se trataba de implantes de retina que utilizan células solares de silicio; probablemente uno de los artículos más fascinantes que he leído porque suena a ciencia ficción”.
Al principio, Römer se sintió desanimado por la ya avanzada investigación sobre el uso de células fotovoltaicas para restaurar la vista, por lo que descartó la idea.
“Pero era algo que se me quedó grabado en la cabeza por lo maravilloso que era”, explica Römer. “Unos meses más tarde, cuando estaba hablando de un proyecto de investigación con mi supervisor, estábamos hablando de células solares multiunión, que son básicamente un par de células solares diferentes apiladas una encima de otra para utilizar mejor todo el espectro solar. En ese punto, hice clic y pensé: ‘Tal vez apilar células solares podría resolver una de las complicaciones del dispositivo en el que está trabajando el Grupo Palanker’”.
Apilamiento de células solares y cambio de material.
Según Römer, los problemas del grupo Palanker podrían solucionarse apilando células solares y cambiando el material semiconductor utilizado en el dispositivo.
“Necesitaban interconectar tres diminutos Si [silicon] «Células solares en cada uno de los píxeles para aumentar el voltaje a un valor que sea lo suficientemente alto como para estimular las neuronas de manera confiable», dijo el ingeniero. Nuevo Atlas. “Para estimular las neuronas se necesita un voltaje mayor que el que se obtiene de una célula solar. Si imaginamos los fotorreceptores como píxeles, entonces realmente necesitamos tres células solares para crear suficiente voltaje para enviarlo al cerebro. Apilar células solares haría exactamente lo mismo [as interconnecting them] pero potencialmente permitiría píxeles más pequeños y, por lo tanto, una resolución más alta. Si bien no podemos apilar fácilmente células solares de Si, esto se hace de forma algo rutinaria con materiales como el arseniuro de galio”.
Robert Largent/UNSW
El silicio sigue siendo el semiconductor más utilizado en la industria de las células solares. También se utilizan otros materiales como el arseniuro de galio (GaAs) y el fosfuro de galio e indio (GaInP). Si bien estos materiales no son tan baratos como el silicio, su ventaja es que sus propiedades son más fáciles de ajustar.
Después de “bastante investigación y algunos cálculos”, Römer presentó una solicitud para el premio Discovery Early Career Researcher Award (DECRA) al Consejo Australiano de Investigación y obtuvo financiación para el proyecto. Luego, se avanzó a todo vapor para mejorar la tecnología.
«Ya se han realizado pruebas con esta tecnología», afirma Römer. «Pero el problema con esto es que requieren cables que entran en el ojo, lo cual es un procedimiento complicado».
Una idea alternativa es utilizar un pequeño panel solar adherido al globo ocular. Naturalmente, este panel sería autoalimentado y portátil, evitando la necesidad de introducir cables en el ojo.
Prueba de concepto con enorme potencial
La tecnología se encuentra actualmente en la etapa de prueba de concepto. El siguiente paso es transformar las diminutas células solares en los diminutos píxeles necesarios para una visión precisa.
“Hasta ahora hemos colocado con éxito dos células solares una encima de otra en el laboratorio en un área grande, aproximadamente 1 cm2 – que ha obtenido buenos resultados”, afirmó Römer. Anticipa que después de extensas pruebas de laboratorio y pruebas en modelos animales, el dispositivo tendrá unos 2 mm.2 con píxeles que miden alrededor de 50 micrómetros. Para entonces, debería estar listo para probarse en humanos, pero aún falta algún tiempo para eso.
Römer señala que el dispositivo sólo funciona cuando se ilumina con luz láser y que los pacientes sólo verán en blanco y negro de resolución bastante baja.
«Una cosa a tener en cuenta es que incluso con la eficiencia de las células solares apiladas, la luz solar por sí sola puede no ser lo suficientemente fuerte como para funcionar con estas células solares implantadas en la retina», dijo Römer. «Es posible que las personas tengan que usar algún tipo de gafas o lentes inteligentes que funcionen en conjunto con las células solares que son capaces de amplificar la señal del sol a la intensidad requerida para estimular de manera confiable las neuronas en el ojo».
También nos asegura que el dispositivo no podría usarse con fines nefastos.
«Esto es realmente ‘sólo’ un dispositivo médico que puede ayudar a los pacientes con ciertas enfermedades a conservar algo de visión», dijo Römer. Nuevo Atlas. «Estamos lejos de ser una aplicación cyborg».
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Fuente: UNSW
