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El nuevo descubrimiento puede perfeccionar los implantes cocleares para la sordera

La universidad de los científicos de Utah utilizó la luz infrarroja invisible para hacer que las células del corazón de la rata contratan y las células del interno-oído del toadfish envían señales al cerebro. El descubrimiento pudo perfeccionar los implantes cocleares para la sordera y llevar algún día a los dispositivos para restablecer la visión, para mantener el balance y para tratar desordenes de movimiento como Parkinson.

“Vamos a hablar con el cerebro con pulsos infrarrojos ópticos en vez de los pulsos eléctricos,” que ahora se utilizan en implantes cocleares para proveer de gente sorda la audiencia limitada, dice a Richard Rabbitt, profesor de la bioingeniería y autor mayor de la corazón-célula y de los estudios de la interno-oído-célula publicados este mes en el gorrón de la fisiología.

Los estudios - financiados por los institutos de la salud nacionales - también mencionan la posibilidad de desarrollar los marcapasos cardiacos que utilizan señales ópticas bastante que señales eléctricas de estimular las células del corazón. Pero Rabbitt dice que porque los marcapasos electrónicos funcionan bien, “no veo un mercado para los marcapasos ópticos actualmente.”

La significación científica de los estudios es el descubrimiento que las señales ópticas - pulsos cortos de una longitud de onda invisible de la luz laser infrarroja entregada vía una fibra óptica fina, de cristal - pueden activar las células del corazón y las células del interno-oído relacionadas con el balance y la audiencia.

Además, la investigación mostró que el infrarrojo activa las células del corazón, llamadas los cardiomyocytes, accionando el movimiento de los iones del calcio dentro y fuera de las mitocondrias, de los organelos o de los componentes dentro de las células que azúcar de convertido en energía usable. El mismo proceso aparece ocurrir cuando la luz infrarroja estimula las células del interno-oído.

La luz infrarroja se puede aserrar al hilo como calor, mencionando la posibilidad el corazón y las células del oído fueron activadas por el calor bastante que la radiación infrarroja sí mismo. Pero Rabbitt y los colegas los “experimentos elegantes” mostraron las células fueron activados de hecho por la radiación infrarroja, dice un comentario en el gorrón de Ian Curthoys de la universidad de Sydney, Australia.

Curthoys escribe que la investigación ofrece “discernimiento imponentemente brillante” en acciones dentro de las células del interno-oído y “tiene gran potencial para el uso clínico futuro.”

Vertimiento de la luz infrarroja en las células del Interno-Oído y las células del corazón

Las pulsaciones de luz infrarrojas de baja potencia en el estudio fueron generadas por un diodo - “la misma cosa que está en un indicador del laser, apenas una diversa longitud de onda,” Rabbitt dice.

Los científicos expusieron las células a la luz infrarroja en el laboratorio. Las células del corazón en el estudio eran células musculares de músculo cardíaco recién nacidas de la rata llamadas los cardiomyocytes, que hacen la bomba del corazón. Las células del interno-oído son células de pelo, y vinieron del órgano del interno-oído que detecta el movimiento de la culata de cilindro. Las células de pelo vinieron de toadfish de la ostra, que son bien-establecen los modelos para la comparación con los oidos internos humanos y el sentido del balance.

células las adyacentes de pelo del Interno-oído “convierten la vibración mecánica del sonido, gravedad o el movimiento en la señal que va al cerebro” vía las células nerviosas, dice Rabbitt.

Usando la radiación infrarroja, “estimulábamos las células de pelo, y vaciaron el neurotransmisor sobre las neuronas que enviaron señales al cerebro,” Rabbitt dicen.

Él cree que las células de pelo del interno-oído son activadas por la radiación infrarroja porque “son completas de las mitocondrias, que son un objetivo principal de esta longitud de onda.”

La radiación infrarroja afecta al flujo de los iones del calcio dentro y fuera de las mitocondrias - algo mostrado por el estudio del compañero en células neonatales del corazón de la rata.

Eso es importante porque para el nervio y las células musculares “excitables”, el “calcio es como el gatillo para hacer éstos el contrato de las células o el neurotransmisor de la baja,” dice Rabbitt.

El estudio de la célula del corazón encontró que un pulso infrarrojo que dura un simple one-5,000th del las segundas mitocondrias hechas chupa rápidamente hacia arriba los iones del calcio dentro de una célula, después los libera despacio nuevamente dentro de la célula - un ciclo que hace el contrato de la célula.

El “calcio hace eso normalmente,” dice Rabbitt. “Solamente es controlado normalmente por la célula, no por nosotros. Tan la radiación infrarroja nos da una herramienta para controlar la célula. En el caso de las neuronas [del interno-oído], usted es señales que controlan que van al cerebro. En el caso del corazón, usted está estableciendo el paso de la contracción.”

Nuevas posibilidades de óptico comparado con los implantes cocleares eléctricos

Rabbitt cree que la investigación - incluyendo un estudio relacionado de la cóclea el año pasado - podría llevar para mejorar los implantes cocleares que utilizarían óptico bastante que señales eléctricas.

Los implantes cocleares existentes convierten el sonido en las señales eléctricas, que se transmiten típicamente a ocho electrodos en la cóclea, una pieza del oido interno donde las vibraciones sanas se convierten a las señales del nervio al cerebro. Ocho electrodos pueden entregar solamente ocho frecuencias del sonido, Rabbitt dice.

“Un adulto sano puede oír más de 3.000 diversas frecuencias. Con el estímulo óptico, hay una posibilidad de oír centenares o millares de frecuencias en vez de ocho. Un implante coclear óptico permitirá quizás algún día que la gente sorda disfrute de música y oiga de nuevo todos los matices en el sonido de que una persona de la audiencia disfrutaría.”

A diferencia de la corriente eléctrica, que se extiende a través de tejido y no se puede enfocar a un punto, la luz infrarroja puede ser enfocada, así que las longitudes de onda numerosas (correspondiente a frecuencias numerosas del sonido) podrían ser diversas células dirigidas en el oido interno.

Las células nerviosas que envían señales de sonido de los oídos al cerebro pueden encender más de 300 veces por segundo, tan idealmente, un implante coclear usando la luz infrarroja podrían realizarse también. En los experimentos de Utah, los investigadores podían aplicar pulsos del laser a las células de pelo para hacer que las células nerviosas adyacentes encienden hasta 100 veces por segundo. Para un implante coclear, las células nerviosas serían activadas dentro de la luz infrarroja en vez de las células de pelo.

Rabbitt lo advirtió que pueden ser cinco a 10 años antes de que el revelado de los implantes cocleares que se ejecutan ópticamente. Para ser prácticas, necesitan una fuente de alimentación más pequeña y una fuente de luz, y deben ser más potencia eficiente ejecutarse en las pequeñas baterías como un audífono.

Odontología óptica para el movimiento, el balance y los desordenes de Vision

El estímulo eléctrico del profundo-cerebro ahora se utiliza para tratar desordenes de movimiento tales como enfermedad de Parkinson y el “temblor esencial, que el movimiento rítmico de las causas de los limbos así que de ella llega a ser difícil recorrer, funcionar y comer,” dice Rabbitt.

Él está investigando si es óptico bastante que el estímulo eléctrico del profundo-cerebro pudo aumentar cuánto tiempo el tratamiento es efectivo.

Rabbitt también ve el potencial para que los implantes ópticos traten desordenes del balance.

“Cuando conseguimos viejos, nos mezclamos y recorremos cuidadosamente, no porque nuestros músculos no funcionan pero porque tenemos problema con el balance,” él dice. “Esta tecnología tiene potencial para restablecer el equilibrio restableciendo las señales que el oído sano envía al cerebro sobre cómo su carrocería se está moviendo en espacio.”

El estímulo óptico también pudo proveer de la visión artificial en gente el pigmentosa o la otra baja de células retinianas - las células de la retinitis del aro que descubren la luz y la colorean - pero quién todavía tienen el nivel siguiente de células, conocido como ganglios, Rabbitt dice.

“Usted desgastaría los cristales con una cámara [montada en los marcos] y allí sería la electrónica que convertiría señales de la cámara en los pulsos de la radiación infrarroja que serían modelados sobre la retina enferma que no responde normalmente a la luz pero responderían a la radiación infrarroja pulsada” para crear imágenes, él dice.

Implantes de la audiencia y de la visión que utilizan óptico bastante que las señales eléctricas no tienen que penetrar el cerebro o el otro tejido de nervio porque la luz infrarroja puede penetrar “muy una broca del tejido,” así que los dispositivos que emiten la luz “tienen potencial para el biocompatibility excelente,” Rabbitt dice. “Usted podrá implantar los dispositivos ópticos y dejarlos allí para la vida.”