Actualmente, cerca de 1 millón de personas en todo el mundo utilizan un implante coclear, un dispositivo implantado quirúrgicamente que restaura la percepción del sonido en caso de pérdida auditiva profunda o sordera. Los micrófonos en el exterior del dispositivo convierten el sonido en señales eléctricas que luego estimulan directamente el nervio auditivo en la cóclea, la estructura del oído interno involucrada en la audición (transforma los sonidos en mensajes nerviosos y los envía al cerebro).
Aunque los implantes cocleares han tenido mucho éxito en la recuperación de la comprensión del habla cuando hay silencio, debido a la limitación de su resolución espectral, los usuarios tienen dificultades para seguir conversaciones cuando hay mucho ruido de fondo y tienen limitada la apreciación musical.
Ahora, una publicación reciente en el prestigioso Journal of the American Chemical Society (JACS) avanza hacia una nueva generación de implantes cocleares que podrían superar estas limitaciones. Investigadores del CIBER-BBN en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en colaboración con el Cluster of Excellence “Multiscale Bioimaging: From Molecular Machines to Networks of Excitable Cells” (MBExC) en la University Medical Center Göttingen (UMG), Alemania y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas - Institute for Advanced Chemistry of Catalonia (IQAC-CSIC), han desarrollado, por primera vez, un agente farmacológico controlado por luz (fotofármaco) capaz de fotoactivar las neuronas auditivas en jerbos adultos (unos pequeños roedores) que podría contribuir a mejorar la resolución espectral de los implantes cocleares.
El estudio ha sido liderado por Pau Gorostiza, jefe de grupo del CIBER-BBN, profesor de investigación ICREA en el IBEC y líder del grupo “Nanoprobes and nanoswitches” y Tobias Moser, director del Instituto de Neurociencia Auditiva en el UMG and spokesperson of the MBExC.
Para desarrollar este fármaco controlado por luz, los investigadores trabajaron en conjunto con expertos en optogenética del Instituto de Neurociencia Auditiva. Esta técnica utiliza la manipulación genética para controlar las neuronas con luz y acoplar su actividad a un implante coclear emisor de luz. “El grupo de Tobias Moser ha sido pionero en la investigación en esta área y ha restaurado con éxito la audición con luz mediante la modificación genética de las neuronas del ganglio espiral”, explica Gorostiza.
“Es este estudio, hemos conseguido desarrollar una ruta alternativa para acoplar la luz y la actividad eléctrica en las neuronas que no involucra manipulación genética. Hemos desarrollado un compuesto que se une químicamente a una proteína neuroreceptora como una 'prótesis molecular' y activa las neuronas cuando se ilumina”, comenta Carlo Matera, coautor principal que sintetizó esta molécula en el IBEC y que actualmente se encuentra en la Universidad de Milán. “Tener múltiples rutas disponibles para el uso del implante coclear óptico brindará acceso a esta tecnología a una gama más amplia de usuarios potenciales”, añade.
El control neuronal activado por la luz supera algunas de las deficiencias de los implantes cocleares alimentados por estimulación eléctrica. “La razón principal por la que los usuarios de implantes batallan por percibir la música y el habla en ambientes ruidosos es que la cóclea está llena de líquido. Cuando usas electricidad para estimularlo, hay una gran propagación de la excitación”, explica Antoine Huet, co-primer autor del estudio, investigador en UMG y becario junior MBExC. “Dado que la luz se puede confinar mejor en líquido, nuestra técnica puede estimular las neuronas de la cóclea con una precisión mucho mayor”, señala.
Esto significaría que los usuarios experimentarían una recuperación de la "audición casi fisiológica" en estas situaciones auditivas complejas. “Cuando las personas con los implantes cocleares actuales escuchan música, el sonido se digitaliza y no se puede reconocer como música tal y como la conocemos”, explica Huet. “Para la apreciación de música y las conversaciones cuando hay ruido de fondo, la clave técnica es tener una excelente resolución de frecuencia en el sonido, y esto no se puede lograr con estimulación eléctrica”, añade.
Los investigadores diseñaron un compuesto que podría activarse con una sola longitud de onda de luz azul. “Una vez que probamos y caracterizamos el compuesto in vitro en neuronas del hipocampo, realizamos experimentos in vivo en jerbos, unos pequeños roedores saltadores”, explica Aida Garrido-Charles, investigadora del IBEC y del UMG y coautora del estudio. "Pudimos verificar que nuestro fármaco activado por la luz había inducido una respuesta electrofísica en la cóclea - la primera vez que se ha hecho eso utilizando una ruta farmacológica", añade
En estudios futuros, los equipos de investigación realizarán mejoras adicionales al fármaco y evaluarán en qué medida restaura la audición. "Nuestra predicción por ordenador y los experimentos preliminares nos muestran que escuchar la luz tiene el potencial de restaurar la audición casi fisiológica; aunque todavía quedan varios hitos por cumplir antes de que pueda iniciarse el primer ensayo en humanos", concluye Huet.
Pau Gorostiza es también miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN).
Artículo de referencia:
Aida Garrido-Charles, Antoine Huet, Carlo Matera, Anupriya Thirumalai, Amadeu Llebaria, Tobias Moser, Pau Gorostiza. Fast photoswitchable molecular prosthetics control neuronal activity in the cochlea. Journal of the American Chemical Society, (2022), https://doi.org/10.1021/jacs.1c12314.
