Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), i del Centre Mèdic Universitari de Göttingen a Alemanya han aconseguit, per primera vegada, l’estimulació auditiva in vivo activada per llum sense necessitat de manipulació genètica. Aquest nou fàrmac controlat per llum i capaç d’activar les vies neuronals implicades en l’audició, pot contribuir a millorar la resolució espectral dels implants coclears utilitzats per persones amb pèrdua auditiva profunda o sordesa.
Actualment, prop d’1 milió de persones a tot el món utilitzen un implant coclear, un dispositiu implantat quirúrgicament que restaura la percepció del so en cas de pèrdua auditiva profunda o sordesa. Els micròfons en l’exterior del dispositiu converteixen el so en senyals elèctrics que després estimulen directament el nervi auditiu en la còclea, l’estructura de l’oïda interna involucrada en l’audició (transforma els sons en missatges nerviosos i els envia al cervell).
Encara que els implants coclears han tingut molt d’èxit en la recuperació de la comprensió de la parla quan hi ha silenci, a causa de la limitació de la seva resolució espectral, els usuaris tenen dificultats per a seguir converses quan hi ha molt de soroll de fons i tenen limitada l’apreciació musical.
Ara, una publicació recent en el prestigiós Journal of the American Chemical Society (JACS) avança cap a una nova generació d’implants coclears que podrien superar aquestes limitacions.
Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), en col·laboració amb el Cluster of Excellence “Multiscale Bioimaging: From Molecular Machines to Networks of Excitable Cells” (MBExC) en la University Medical Center Göttingen (UMG), Alemania, el CIBER-BBN i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas – Institute for Advanced Chemistry of Catalonia (IQAC-CSIC), han desenvolupat, per primera vegada, un agent farmacològic controlat per llum (fotofàrmac) capaç de fotoactivar les neurones auditives en jerbus adults (uns petits rosegadors) que podria contribuir a millorar la resolució espectral dels implants coclears.
L’estudi ha estat liderat per Pau Gorostiza, professor d’investigació ICREA a l’IBEC i líder del grup “Nanoprobes and nanoswitches”, i Tobias Moser, director de l’Institut de Neurociència Auditiva en el UMG i portaveu del MBExC.
Millor audició en situacions complexes
Per a desenvolupar aquest fàrmac controlat per llum, els investigadors van treballar en conjunt amb experts en optogenètica de l’Institut de Neurociència Auditiva. Aquesta tècnica utilitza la manipulació genètica per a controlar les neurones amb llum i acoblar la seva activitat a un implant coclear emissor de llum. “El grup de Tobias Moser ha estat pioner en la recerca en aquesta àrea i ha restaurat amb èxit l’audició amb llum mitjançant la modificació genètica de les neurones del gangli espiral”, explica Gorostiza.
“És aquest estudi, hem aconseguit desenvolupar una ruta alternativa per a acoblar la llum i l’activitat elèctrica en les neurones que no involucra manipulació genètica. Hem desenvolupat un compost que s’uneix químicament a una proteïna neuroreceptora com una ‘pròtesi molecular’ i activa les neurones quan s’il·lumina”, comenta Carlo Matera, coautor principal que va sintetitzar aquesta molècula en l’IBEC i que actualment es troba en la Universitat de Milà. “Tenir múltiples rutes disponibles per a l’ús de l’implant coclear òptic brindarà accés a aquesta tecnologia a una gamma més àmplia d’usuaris potencials”, afegeix.
El control neuronal activat per la llum supera algunes de les deficiències dels implants coclears alimentats per estimulació elèctrica. “La raó principal per la qual els usuaris d’implants batallen per percebre la música i la parla en ambients sorollosos és que la còclea està plena de líquid. Quan uses electricitat per a estimular-ho, hi ha una gran propagació de l’excitació”, explica Antoine Huet, co-primer autor de l’estudi, investigador en UMG i becari júnior MBExC. “Atès que la llum es pot confinar millor en líquid, la nostra tècnica pot estimular les neurones de la còclea amb una precisió molt major”, assenyala.
Això significaria que els usuaris experimentarien una recuperació de la “audició gairebé fisiològica” en aquestes situacions auditives complexes. “Quan les persones amb els implants coclears actuals escolten música, el so es digitalitza i no es pot reconèixer com a música tal com la coneixem”, explica Huet. “Per a l’apreciació de música i les converses quan hi ha soroll de fons, la clau tècnica és tenir una excel·lent resolució de freqüència en el so, i això no es pot aconseguir amb estimulació elèctrica”, afegeix.
Primer medicament d’aquest tipus
Els investigadors van dissenyar un compost que podria activar-se amb una sola longitud d’ona de llum blava. “Una vegada que provem i caracteritzem el compost in vitro en neurones de l’hipocamp, realitzem experiments in vivo en jerbus, uns petits rosegadors saltadors”, explica Aida Garrido-Charles, investigadora de l’IBEC i del UMG i coautora de l’estudi.
En estudis futurs, els equips de recerca realitzaran millores addicionals al fàrmac i avaluaran en quina mesura restaura l’audició.
“Vam poder verificar que el nostre fàrmac activat per la llum havia induït una resposta electrofísica en la còclea – la primera vegada que s’ha fet això utilitzant una ruta farmacològica”, afegeix Garrido-Charles
“La nostra predicció per ordinador i els experiments preliminars ens mostren que escoltar la llum té el potencial de restaurar l’audició gairebé fisiològica; malgrat que encara queden diverses fites per complir abans que pugui iniciar-se el primer assaig en humans”, conclou Huet.
Article de referència: 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.
