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A descoberta nova pode melhorar implantes cocleários para a surdez

Os cientistas da Universidade de Utah usaram a luz infra-vermelha invisível para fazer pilhas do coração do rato contratar e as pilhas da interno-orelha do toadfish enviam sinais ao cérebro. A descoberta um dia pôde melhorar implantes cocleários para a surdez e conduzi-los aos dispositivos para restaurar a visão, manter o balanço e tratar desordens de movimento como Parkinson.

“Nós estamos indo falar ao cérebro com pulsos infravermelhos ópticos em vez dos pulsos elétricos,” que são usados agora em implantes cocleários para fornecer povos surdos a audição limitada, diz Richard Rabbitt, um professor da tecnologia biológica e autor superior da coração-pilha e dos estudos da interno-orelha-pilha publicados este mês no jornal da fisiologia.

Os estudos - financiados pelos institutos de saúde nacionais - igualmente levantam a possibilidade de desenvolver os pacemaker cardíacos que usam sinais ópticos um pouco do que sinais elétricos estimular pilhas do coração. Mas Rabbitt diz que porque os pacemaker eletrônicos funcionam bem, “eu não ver um mercado para um pacemaker óptico actualmente.”

O significado científico dos estudos é a descoberta que os sinais ópticos - pulsos curtos de um comprimento de onda invisível do laser infravermelho entregado através de uma fibra óptica fina, de vidro - podem activar as pilhas do coração e as pilhas da interno-orelha relativas ao balanço e à audição.

Além, a pesquisa mostrou que o infravermelho activa as pilhas do coração, chamadas cardiomyocytes, provocando o movimento de íons do cálcio dentro e fora das mitocôndria, dos organelles ou dos componentes dentro das pilhas que açúcar de converso na energia útil. O mesmo processo parece ocorrer quando a luz infra-vermelha estimula pilhas da interno-orelha.

A luz infra-vermelha pode ser sentida como o calor, levantando a possibilidade o coração e as pilhas da orelha foram activadas pelo calor um pouco do que a radiação infravermelha própria. Mas Rabbitt e os colegas “as experiências elegantes” mostraram as pilhas foram activados certamente pela radiação infravermelha, dizem um comentário no jornal por Ian Curthoys da universidade de Sydney, Austrália.

Curthoys escreve que a pesquisa fornece “a introspecção stunningly brilhante” em eventos dentro das pilhas da interno-orelha e “tem o grande potencial para a aplicação clínica futura.”

Derramando a luz infra-vermelha em pilhas da Interno-Orelha e em pilhas do coração

Os pulsos de luz infra-vermelha da baixa potência no estudo foram gerados por um diodo - “a mesma coisa que está em um ponteiro do laser, apenas um comprimento de onda diferente,” Rabbitt diz.

Os cientistas expor as pilhas à luz infra-vermelha no laboratório. As pilhas do coração no estudo eram pilhas de músculo recém-nascidas do coração do rato chamadas os cardiomyocytes, que fazem a bomba do coração. As pilhas da interno-orelha são pilhas de cabelo, e vieram do órgão da interno-orelha que detecta o movimento da cabeça. As pilhas de cabelo vieram do toadfish da ostra, que são bem-estabelecem modelos para a comparação com as orelhas internas humanas e o sentido de balanço.

pilhas as adjacentes de cabelo da Interno-orelha “convertem a vibração mecânica do som, gravidade ou o movimento no sinal que vai ao cérebro” através das pilhas de nervo, diz Rabbitt.

Usando a radiação infravermelha, “nós estimulávamos as pilhas de cabelo, e despejaram o neurotransmissor nos neurônios que enviaram sinais ao cérebro,” Rabbitt dizem.

Acredita que as pilhas de cabelo da interno-orelha estão activadas pela radiação infravermelha porque “estão completas das mitocôndria, que são um alvo preliminar deste comprimento de onda.”

A radiação infravermelha afecta o fluxo de íons do cálcio dentro e fora das mitocôndria - algo mostrado pelo estudo do companheiro em pilhas neonatal do coração do rato.

Isso é importante porque para pilhas “excitáveis” do nervo e de músculo, o “cálcio é como o disparador para fazer a estes o contrato das pilhas ou o neurotransmissor da liberação,” diz Rabbitt.

O estudo da pilha do coração encontrou que um pulso infravermelho que dura um mero one-5,000th do as segundas mitocôndria feitas suga ràpida acima íons do cálcio dentro de uma pilha, a seguir libera-os lentamente de novo na pilha - um ciclo que fizesse o contrato da pilha.

O “cálcio faz aquele normalmente,” diz Rabbitt. “Mas é controlado normalmente pela pilha, não por nós. Assim a radiação infravermelha dá-nos uma ferramenta para controlar a pilha. No caso dos neurônios [da interno-orelha], você é sinais de controlo que vão ao cérebro. No caso do coração, você está passeando a contracção.”

Possibilidades novas para óptico contra implantes cocleários elétricos

Rabbitt acredita que a pesquisa - incluindo um estudo relacionado da cóclea no ano passado - poderia conduzir para melhorar os implantes cocleários que usariam óptico um pouco do que sinais elétricos.

Os implantes cocleários existentes convertem o som nos sinais elétricos, que são transmitidos tipicamente a oito eléctrodos na cóclea, uma peça da orelha interna onde as vibrações sadias são convertidas aos sinais do nervo ao cérebro. Oito eléctrodos podem entregar somente oito freqüências do som, Rabbitt diz.

“Um adulto saudável pode ouvir mais de 3.000 freqüências diferentes. Com estimulação óptica, há uma possibilidade de ouvir centenas ou milhares de freqüências em vez de oito. Talvez um dia um implante cocleário óptico permitirá que os povos surdos mais uma vez apreciem a canção e ouçam todos os nuances no som que uma pessoa da audição apreciaria.”

Ao contrário da corrente elétrica, que espalha através do tecido e não pode ser focalizada a um ponto, a luz infra-vermelha pode ser focalizada, assim que os comprimentos de onda numerosos (que correspondem às freqüências numerosas do som) poderiam ser pilhas diferentes visadas na orelha interna.

As pilhas de nervo que enviam sinais de som das orelhas ao cérebro podem despedir mais de 300 por segundo das épocas, tão idealmente, um implante cocleário que usa a luz infra-vermelha poderiam executar também. Nas experiências de Utá, os pesquisadores podiam aplicar pulsos do laser às pilhas de cabelo para fazer pilhas de nervo adjacentes despedir até 100 por segundo das épocas. Para um implante cocleário, as pilhas de nervo seriam activadas dentro da luz infra-vermelha em vez das pilhas de cabelo.

Rabbitt advertiu-o que possam ser cinco a 10 anos antes que a revelação dos implantes cocleários que executam óptica. Para ser práticas, precisam uma fonte de alimentação menor e uma fonte luminosa, e devem ser mais potência eficiente ser executado em baterias pequenas como uma prótese auditiva.

Próteses ópticas para desordens do movimento, do balanço e da visão

A estimulação elétrica do profundo-cérebro é usada agora para tratar desordens de movimento tais como a doença de Parkinson e “o tremor essencial, que o movimento rítmico das causas dos membros assim que dela se torna difícil andar, para funcionar e comer,” diz Rabbitt.

Está investigando se óptico um pouco do que a estimulação elétrica do profundo-cérebro pôde aumentar quanto tempo o tratamento é eficaz.

Rabbitt igualmente vê o potencial para que os implantes ópticos tratem desordens do balanço.

“Quando nós obtemos velhos, nós baralhamos e andamos com cuidado, não porque nossos músculos não funcionam mas porque nós temos o problema com balanço,” diz. “Esta tecnologia tem o potencial para restaurar o balanço restaurando os sinais que a orelha saudável envia ao cérebro sobre como seu corpo se está movendo no espaço.”

A estimulação óptica igualmente pôde fornecer a visão artificial nos povos o pigmentosa da retinite ou a outra perda de pilhas retinas - as pilhas do olho que detectam a luz e a colorem - mas quem ainda têm o nível seguinte de pilhas, conhecido como os gânglio, Rabbitt diz.

“Você vestiria vidros com uma câmera [montada nos quadros] e lá seria a eletrônica que converteria sinais da câmera nos pulsos da radiação infravermelha que seriam modelados na retina doente que normalmente não responde à luz mas responderiam à radiação infravermelha pulsada” para criar imagens, diz.

Implantes da audição e da visão que usam óptico um pouco do que os sinais elétricos não têm que penetrar o cérebro ou o outro tecido de nervo porque a luz infra-vermelha pode penetrar “bastante um bit do tecido,” assim que os dispositivos que emitem-se a luz “têm o potencial para o biocompatibility excelente,” Rabbitt diz. “Você poderá implantar dispositivos ópticos e deixá-los lá para a vida.”