Bastones y conos. En la parte
posterior de un ojo humano sano encontraremos millones de ellos. Son las celdas solares biológicas de
la retina, capaces de convertir la luz en un impulso eléctrico — impulsos que viajan a lo largo del
nervio óptico al cerebro, donde se forma la imagen.
Sin ellos, estamos ciegos.
Así es, mucha gente es ciega — o ha quedado ciega — debido a fallas en el funcionamiento
de bastones y conos. La retinitis pigmentosa y la degeneración macular son dos ejemplos de
esta clase de enfermedades. La retinitis pigmentosa tiende a ser hereditaria y puede hacerse
presente a temprana edad, mientras que la degeneración macular afecta principalmente a los ancianos.
Juntas, estas enfermedades afectan a millones de personas; los efectos de ambas enfermedades son graduales y pueden
conducir a la ceguera total.
Arriba: «Carta ocular con ojos». Philip Kaake. Derechos Reservados.
«Si sólo pudiésemos reemplazar esos bastones y conos defectuosos por unos
artificiales», dice el Dr. Alex Ignatiev, un profesor de la Universidad de Houston, «una persona
ciega por causa de la retina, podría recuperar algo de su visión».
Hace diez años estas ideas eran sólo deseos. Ya no es así. Científicos
del Centro de Vacío Espacial Epitáxico (Space Vacuum Epitaxic Center – SVEC) de Houston,
experimentan con delgadas películas fotosensibles de cerámica, que reaccionan a la luz en
forma parecida a como lo hacen los bastones y conos. Piensan que combinaciones de este tipo de películas
podrían ser implantadas en ojos humanos, para recobrar la visión perdida.
«Hay algunas enfermedades donde los sensores del ojo, los bastones y conos, se han deteriorado,
pero todo el cableado está aún en su lugar», dice Ignatiev, que dirige el SVEC. Es tales casos,
estas delgadas películas sensibles de cerámica podrían servir como sustitutos para los
bastones y conos deteriorados. El resultado sería un «ojo biónico».
El Centro de Vacío Espacial Epitáxico es un Centro Comercial Espacial
(CSC por sus siglas en inglés) patrocinado por la NASA, de la Universidad de Houston.
El programa de Desarrollo de Productos Espaciales de la NASA (SPD), ubicado en el Centro Marshall
de Vuelos Espaciales, estimula la comercialización del espacio por la industria a través
de 17 de estos Centros CSCs. En el SVEC, los investigadores aplican conocimientos obtenidos en experimentos
realizados en el espacio, para desarrollar mejores lasers, fotoceldas y películas
delgadas — tecnologías con una doble posibilidad, humana y comercial.
Abajo: Un diagrama esquemático de la
retina
— una capa sensible a la luz que cubre el 65% de la superficie interior del ojo.
Los científicos del SVEC, tienen la esperanza de reemplazar los bastones y
conos defectuosos en la retina, con microdetectores de cerámica. Imagen
cortesía de A. Ignatiev.
Ignatiev destaca que científicos de
la Universidad Johns Hopkins, del MIT, y de otras instituciones, ya han intentado crear bastones y conos
artificiales. La mayor parte de estos intentos se basaba en fotodetectores de silicio. Pero el silicio es
tóxico para el cuerpo humano y reacciona desfavorablemente con los fluidos del ojo — problemas que
no son compartidos por los detectores de cerámica del SVEC.
«Estamos realizando pruebas preliminares con detectores de cerámica
para estar seguros de la biocompatibilidad, y parecen ser completamente estables» dice. «En otras
palabras, el detector no se deteriora y [tampoco lo hace] el ojo.»
«Estos detectores son películas delgadas, formadas átomo-por-átomo y
capa -por-capa sobre un substrato – técnica llamada epitaxia», continúa Ignatiev.
«Películas bien ordenadas como estas, fabricadas epitáxicamente,
tienen [las mejores] propiedades ópticas».
Construir estas películas es una técnica que los científicos del
SVEC han aprendido, a partir de los experimentos realizados utilizando la Instalación Wake Shield
(Wake Shield Facility, WSF) – una plataforma en forma de disco de
4 metros de diámetro lanzada por el Trasbordador espacial. La WSF fue diseñada por
los ingenieros del SVEC para estudiar la formación de películas epitaxiales
en el ultra-vacío del espacio. «Formamos películas delgadas de óxido,
utilizando el oxígeno atómico presente en la órbita baja de la Tierra como
agente oxidante natural», dice Ignatiev. «Esos experimentos nos ayudaron a desarrollar los
detectores de óxido (cerámica) que estamos usando ahora para el proyecto del Ojo
Biónico».
Derecha: En 1996, durante la
misión del Trasbordador STS-80, los astronautas utilizaron el brazo robótico del Columbia
para desplegar la Instalación Wake Shield del Centro de Vacío Espacial Epitáxico.
[más información]
Los detectores de cerámica son muy semejantes a las películas ultradelgadas
que se utilizan en los chips de los computadores modernos, «de esta manera, podemos utilizar
nuestros conocimientos técnicos en la construcción de semiconductores, y fabricarlos en conjuntos – como los
chips en una fábrica de computadores», agregó. Los conjuntos son fijados en una
estructura hexagonal, imitando la forma como se ordenan los bastones y conos que deberán remplazar.
La distribución natural de los detectores resuelve otro problema que afectaba
la anterior investigación con silicio: la obstrucción del flujo de nutrientes en el ojo.
«Todos los nutrientes que alimentan el ojo fluyen de atrás hacia adelante»,
dice Ignatiev. «Si se implanta una estructura grande e impenetrable [como los detectores de silicio]
en el ojo, los nutrientes no pueden circular» y el ojo se atrofiará. Los detectores
de cerámica son unidades individuales con un tamaño de cinco micrones
(el tamaño exacto de los conos), que permiten que los nutrientes fluyan a su alrededor.
Las retinas artificiales construidas en el SVEC consisten de 100 000 minúsculos
detectores de cerámica, cada uno con 1/20 del grueso de un cabello humano. Este conjunto es
tan pequeño que los cirujanos no pueden manipularlos sin dañarlos. Por esta razón, los
detectores son adheridos inicialmente a una película de polímero con un tamaño de un
milímetro por un milímetro. Unas dos semanas después de la inserción en
la bola del ojo, la película de polímero se disuelve dejando libres los detectores.
La primeras pruebas humanas de estos detectores comenzarán este año. El Dr. Charles
Garcia de la Escuela de Medicina de la Universidad de Texas, Houston, estará a cargo de la
cirugía.
«Se realiza una incisión en la parte blanca
del ojo y se eleva la retina inyectando líquido bajo ella», explica Garcia, comparando este espacio
con el de una ampolla que se forma en la piel luego de una quemadura. «Dentro de esta pequeña
ampolla, instalamos la retina artificial».
Izquierda: Esta delgada película de microdetectores de cerámica de primera
generación, donde cada uno tiene unos 30 micrones, es adherida a un polímero portador,
que ayuda a los cirujanos a manipularlos. La imagen de fondo muestra conos humanos con tamaños
entre 5 a 10 micrones en una distribución hexagonal. Imagen cortesía de A. Ignatiev.
Los científicos aún no están seguros sobre cómo el cerebro interpretará
los voltajes poco usuales de los bastones y conos artificiales. Creen que el cerebro eventualmente se
adaptará. Sin embargo, puede que un lento proceso de aprendizaje sea necesario — semejante a la
forma en que los niños pequeños aprenden a distinguir formas y colores por primera vez.
«Hay un largo camino entre el laboratorio y la clínica», afirma
Garcia. «¿Funcionarán? ¿Por cuánto tiempo? ¿Cuál será
su capacidad de resolución? No lo sabremos hasta que implantemos los receptores en pacientes.
La tecnología está en su infancia».
Ignatiev ya ha recibido más de 200 solicitudes de pacientes que supieron de los estudios
por informes de prensa anteriores. «Estoy muy entusiasmado con ésto», dice. Advierte
que aún se necesita más investigación, pero el proceso «es muy prometedor».
Enlaces a la Red, en inglés y español |
Desarrollo de Productos Espaciales
El Centro de Vacío Espacial Epitáxico — un Centro Comercial Espacial (CSC) patrocinado por la NASA en
Webvision: Una excelente guía para el estudio del ojo humano. Secciones de
Bastones y Conos en el Ojo Humano
La Astronomía y el Ojo Humano
El Ojo Biónico — una corta descripción técnica del Centro de Vacío Espacial Epitáxico.
Guía a la Retinitis Pigmentosa — de la Sociedad Británica de Retinitis
Degeneración Macular — aprenda más sobre esta enfermedad, del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos.
Anatomía del Ojo Humano — de la enciclopedia médica MEDLINE Plus.
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