Investigadores de la Universidad de Aarhus han desarrollado nanopartículas fotosensibles que pueden inyectarse en el ojo, donde activan las células nerviosas de las retinas degeneradas al exponerse a la luz. Esta tecnología, publicada en Nature Biomedical Engineering, apunta hacia un nuevo tipo de prótesis retiniana, que los investigadores están trabajando para que esté más cerca de su uso clínico.
Un equipo de investigación internacional ha desarrollado partículas microscópicas capaces de hacer que las retinas de personas ciegas respondan a la luz.
Estas partículas actúan como diminutos fotorreceptores. Los investigadores las inyectan en el ojo, donde se depositan cerca de las células nerviosas de la retina. Cuando la luz incide sobre las partículas, desencadena procesos eléctricos y químicos que activan las células nerviosas y las impulsan a enviar señales al cerebro.
En experimentos con ratones ciegos, los investigadores lograron detectar señales inducidas por la luz en la corteza visual del cerebro y observar respuestas conductuales a la luz. También demostraron que la tecnología puede activar células nerviosas en el tejido retiniano de cerdos.
Los hallazgos, publicados en Nature Biomedical Engineering, marcan un nuevo capítulo en un proyecto de investigación que comenzó en la Universidad de Aarhus hace siete años con una idea ambiciosa: ¿Podrían los investigadores desarrollar una especie de «célula solar» microscópica que pudiera colocarse dentro del cuerpo y utilizar la luz para controlar la actividad celular?
“Cuando empezamos, nuestra pregunta fundamental era si podríamos crear un material que actuara como interfaz inalámbrica entre la luz y las células vivas. Ahora podemos observar que las partículas son capaces de activar las células nerviosas en retinas ciegas. Esto nos acerca a nuestro objetivo a largo plazo de desarrollar un nuevo tipo de prótesis retiniana”, afirma Menglin Chen , profesora asociada del Departamento de Ingeniería Biológica y Química de la Universidad de Aarhus.
Una nueva vía desde la luz hasta las células nerviosas
Para comprender cómo funciona esta tecnología, debemos observar la parte posterior del ojo.
Aquí es donde se encuentra la retina. Sus fotorreceptores sensibles a la luz normalmente captan la luz e inician las señales que el cerebro utiliza para crear la visión.
En la retinosis pigmentaria, estos fotorreceptores se degeneran gradualmente. Sin embargo, otras células nerviosas y conexiones dentro de la retina pueden permanecer intactas. Los investigadores buscan aprovechar estas células supervivientes.
Estas nanopartículas están hechas de nitruro de carbono grafítico, un semiconductor fotosensible, y miden aproximadamente 300 nanómetros de diámetro. Son huecas, y su estructura las hace especialmente eficaces para capturar la luz visible. Su diseño se inspira, en parte, en los cloroplastos, las estructuras que las plantas utilizan para obtener energía de la luz solar.
Cuando las nanopartículas se exponen a la luz, desencadenan una serie de procesos físicos y químicos en su entorno inmediato. Estos procesos pueden influir en la señalización celular.
Los investigadores han estudiado este efecto a diversas escalas biológicas. Mediante un láser de enfoque preciso, lograron activar nanopartículas individuales dentro de las células y generar una señal que se propagó a través de ellas hasta las células vecinas. En las células del músculo cardíaco, utilizaron luz LED común para influir en el ritmo celular y lograr que latieran de forma más sincronizada.
Pero son los resultados en el ojo los que acercan la tecnología a una aplicación médica específica.
Los investigadores inyectaron las nanopartículas en los ojos de ratones con retinosis pigmentaria avanzada. Las partículas se acumularon en la superficie de la retina, cerca de las células ganglionares retinianas que transmiten información del ojo al cerebro.
Al iluminar los ojos, los investigadores detectaron actividad en la corteza visual. Los ratones también modificaron su comportamiento en respuesta a la luz. Además, en tejido retiniano aislado de cerdo, los investigadores demostraron que la luz LED podía activar las células ganglionares en presencia de las nanopartículas.
“Lo más interesante es que estamos intentando aprovechar las células nerviosas que aún funcionan en la retina. En lugar de modificar genéticamente estas células, utilizamos nanopartículas para crear una nueva conexión entre la luz y las células nerviosas. De esta forma, intentamos que una retina ciega vuelva a responder a la luz”, explica Menglin Chen.
Los experimentos no significan que los investigadores hayan restaurado la visión normal en los ratones. Demuestran que la tecnología puede generar una respuesta biológica medible a la luz incluso cuando los fotorreceptores que normalmente la detectan se han degenerado en gran medida. Los investigadores aún necesitan estudiar la seguridad y la función a largo plazo con mucho más detalle antes de que la tecnología pueda probarse como tratamiento en humanos.
«Una vez que se pierden los fotorreceptores, las opciones para restaurar la sensibilidad a la luz siguen siendo muy limitadas, y cada enfoque en desarrollo presenta sus propias limitaciones. Las terapias génicas son específicas para cada mutación, la optogenética requiere la modificación genética de las células supervivientes y los implantes electrónicos requieren cirugía. Por eso vale la pena probar estrategias que funcionen independientemente de la causa de la enfermedad. Lo que mostramos aquí es una respuesta inducida por la luz en una retina degenerada, lo cual es un primer paso, no una prótesis terminada», afirma Henri Leinonen, especialista en retina y coautor del estudio.
Siete años de investigación han acercado la idea a su aplicación.
El nuevo estudio también muestra cuánto ha evolucionado el proyecto de investigación desde sus inicios.
En 2019, Menglin Chen recibió una beca Semper Ardens Accelerate de 4,2 millones de coronas danesas de la Fundación Carlsberg para una idea entonces conocida como OptoMed. El objetivo era desarrollar nanomateriales fotosensibles que pudieran implantarse en el cuerpo y estimular las células de forma inalámbrica y sin modificarlas genéticamente. En aquel momento, los investigadores estudiaban las nanofibras y su potencial para estimular las células cerebrales y cardíacas.
Desde entonces, el equipo ha seguido desarrollando la tecnología y ha centrado su atención en las nanopartículas huecas. Durante este proceso, los investigadores han estudiado cómo absorben la luz estas partículas, cómo afectan a la señalización celular, qué tan bien las toleran las células y si el efecto también se produce en tejidos y animales vivos.
Esa progresión se refleja en el nuevo estudio: desde la activación de una sola nanopartícula dentro de una sola célula, hasta la sincronización de células del músculo cardíaco y, en última instancia, la producción de respuestas a la luz en ratones ciegos.
Al mismo tiempo, la tecnología ha evolucionado desde la investigación fundamental hacia la innovación. En 2024, los investigadores presentaron una solicitud de patente internacional que abarca la tecnología. La solicitud incluye el uso de las nanopartículas como prótesis retiniana inyectable activada por luz y para la estimulación de células cardíacas.
En 2025, Menglin Chen también recibió una beca Pioneer Innovator Grant de la Fundación Novo Nordisk para el proyecto RetiNano: prótesis retiniana fotovoltaica biocompatible e inyectable. El proyecto se centra específicamente en el desarrollo de la tecnología para su uso en el ojo.
“Hace siete años, trabajábamos con una idea de investigación fundamental. Hoy, contamos con resultados preclínicos, un proceso de patente en curso y el objetivo concreto de desarrollar la tecnología para convertirla en una prótesis de retina. Aún queda un largo camino por recorrer antes de que esto pueda convertirse en un tratamiento para pacientes, pero hemos llegado a un punto en el que podemos empezar a plantearnos preguntas muy específicas sobre lo que se necesita para que la tecnología avance”, afirma Menglin Chen.
Para los investigadores, los próximos años no se limitarán a demostrar la eficacia de las nanopartículas. También deberán mejorar la vía de administración, documentar el comportamiento del material en el ojo a largo plazo, investigar su seguridad con mayor profundidad y seguir desarrollando la tecnología con vistas a su posible uso clínico futuro.
La investigación entra así en una nueva fase: pasa de la cuestión de si las «células solares» microscópicas pueden comunicarse con las células vivas, a si la tecnología podría desarrollarse algún día para ayudar a las personas que han perdido la vista.
La investigación está dirigida por la profesora asociada Menglin Chen del Departamento de Ingeniería Biológica y Química de la Universidad de Aarhus, en colaboración con el profesor Bozhi Tian de la Universidad de Chicago, el profesor asociado Henri Leinonen de la Universidad del Este de Finlandia, el profesor Thomas Corydon y el profesor Yonglun Luo del Departamento de Biomedicina de la Universidad de Aarhus, el profesor asociado Rasmus Schmidt Davidsen del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Aarhus, el profesor Mingdong Dong del Departamento de Química de la Universidad de Aarhus, el profesor Toke Bek del Hospital Universitario de Aarhus y el profesor Nikos Hatzakis de la Universidad de Copenhague.
Imagen de portada: La profesora asociada Menglin Chen estudia cómo las nanopartículas fotosensibles afectan a las células vivas. La pantalla muestra la liberación de calcio dentro de una célula tras la exposición a luz azul de las nanopartículas absorbidas por ella. El calcio desempeña un papel importante en la señalización celular, y este experimento ayuda a los investigadores a comprender cómo las nanopartículas pueden transformar la luz en actividad biológica. Foto: Johanne Holm Jensen.
Fuente: Jesper Bruun Petersen/ Aarhus Universitet/ bce.au.dk
