Diseño, fabricación y caracterización de sistema óptico-electrónico para la realización de electrorretinogramas

Abstract

En los últimos años, se ha logrado un gran avance en materia de investigación gracias al continuo desarrollo de la tecnología y su aplicación en las diferentes ramas del conocimiento. Especialmente destacable es su aportación en el campo de la medicina. Cada vez son más precisos y sencillos los procesos del estudio de enfermedades gracias a la aplicación de la tecnología, dando como resultado mejores tratamientos para prevenirlas y tratarlas. Este enfoque es la motivación que ha incitado la realización del proyecto del que forma parte el presente trabajo. En concreto, se quiere conseguir mejorar el seguimiento de una enfermedad degenerativa de las retinas en los seres humanos. Uno de los procedimientos gracias a los cuales se obtiene información sobre el estado de la retina es el electrorretinograma (ERG). Este procedimiento se realiza mediante el seguimiento de la enfermedad en ratones. Para la obtención de datos se realiza un experimento en una sala oscura. Las retinas del ratón son estimuladas mediante diferentes intensidades de luz. Mediante electrodos conectados al globo ocular se obtienen los resultados dando lugar al electrorretinograma. Para mejorar este estudio, se pretende trasladar la experimentación directamente al laboratorio. La idea es trabajar con explantes de retinas, en lugar de la retina del ratón vivo. Se pretende con ello llevar a cabo un estudio de larga duración de las retinas, y ver durante ese tiempo, con más detalle, la degeneración éstas. Además, se elimina la necesidad de un espacio especial (sala oscura) para realizar el estudio. Para este nuevo método serían necesarias varias cosas. Por un lado, la obtención de las retinas enfermas (explantes) del ratón. Por otro, un dispositivo biocompatible donde depositarlas. Además, para obtener el electroretinograma será necesario colocar los explantes sobre pequeños electrodos (para la obtención de las señales generadas por la retina) y reproducir la estimulación lumínica. Para llevar a cabo esta tarea, se cuenta con un dispositivo microfluídico adecuado a las necesidades del proyecto. En cuanto a la obtención de las señales, se realizará mediante una matriz de microelectrodos (MEA) sobre la que se depositarán los explantes. Sólo quedaría disponer de un dispositivo que se adapte al sistema y se encargue de estimular las retinas. En esta cuestión es donde entra nuestro trabajo. Se trata de elaborar un dispositivo lumínico capaz de adaptarse al sistema microfluídico donde se van a depositar los explantes de retinas. Su función será estimularlas mediante el uso de LEDs. La intención será asemejarlo lo máximo posible al comportamiento del dispositivo lumínico utilizado hasta ahora, para poder establecer una relación entre ambos. De esta forma, el uso de la electrónica va a ayudar a una posible mejora del seguimiento y comprensión de esta enfermedad y así ayudar a su investigación y por ende a su tratamiento. En el presente escrito se detalla con claridad cómo se realiza el diseño, la fabricación y caracterización de un sistema óptico-electrónico para la realización de electrorretinogramas.

In recent years, a great advance in research has been achieved thanks to the continuous development of technology and its application in different branches of knowledge. Especially remarkable is his contribution in the field of medicine. The processes of studying diseases are becoming more precise and simple thanks to the application of technology, resulting in better treatments to prevent and treat them. This approach is the motivation that has prompted the realization of the project of which this work is part. Specifically, the aim is to improve the follow-up of a degenerative retinal disease in humans. One of the procedures through which information about the state of the retina is obtained is the electroretinogram (ERG). This procedure is done by monitoring the disease in mice. To obtain data, an experiment is carried out in a dark room. Mouse retinas are stimulated by different intensities of light. By means of electrodes connected to the eyeball, the results are obtained, giving rise to the electroretinogram. To improve this study, it is intended to transfer the experimentation directly to the laboratory. The idea is to work with retinal explants, rather than retina from alive mouse. The aim is to carry out a long-term study of the retinas, and to see during that time, in more detail, their degeneration. In addition, the need for a special space (dark room) to carry out the study is eliminated. For this new method, several things would be necessary. On the one hand, obtaining the diseased retinas (explants) of the mouse. On the other, a biocompatible device where to deposit them. Furthermore, to obtain the electroretinogram it will be necessary to place the explants on small electrodes (to obtain the signals generated by the retina) and reproduce the light stimulation. To carry out this task, there is a microfluidic device suitable for the needs of the project. As for obtaining the signals, it will be done using a microelectrode matrix (MEA) on which the explants will be deposited. All that remains is to have a device that adapts to the system and is responsible for stimulating the retinas. This is where our work comes in. The aim is to develop a lighting device capable of adapting to the microfluidic system where the retinal explants are to be deposited. Its function will be to stimulate them through the use of LEDs. The intention will be to make it as similar as possible to the behavior of the lighting device used up to now, in order to establish a relationship between them. In this way, the use of electronics will help to improve the monitoring and understanding of this disease and thus help its research and therefore its treatment. In this document, it is clearly detailed how the design, manufacture and characterization of an opticalelectronic system for the realization of electroretinograms is carried out.