ES2612052T3 - Dispositivos para la estimulación óptica de células diana, utilizando un elemento de transmisión óptica - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de suministro óptico para suministrar luz a zonas sub-superficiales del cerebro o del cuerpo, comprendiendo el dispositivo: a) un elemento implantable de transmisión óptica (104, 106, 125, 210, 230, 260, 304, 404) que comprende un extremo proximal y un extremo distal; b) una fuente de luz (202) para producir luz a partir de energía eléctrica, en donde la fuente de luz está en el extremo proximal del elemento de transmisión óptica; en el que el elemento implantable de transmisión óptica está fabricado con un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz, teniendo el material una forma alargada que encierra sustancialmente la fuente de luz en el extremo proximal del elemento de transmisión óptica, y que sirve para suministrar la luz de la fuente de luz al extremo distal, y en donde el elemento de transmisión óptica está adaptado para su rotación alrededor del eje longitudinal (302) y tiene una punta distal (306) diseñada para dirigir la luz de manera angulada, con respecto a dicho eje, para cambiar una posición de una ubicación de estímulo luminoso; c) una porción de fijación (112, 114, 130, 262, 312) acoplada físicamente al elemento de transmisión óptica, para su fijación al paciente; y d) una porción de disipación de calor (112, 114, 130, 262, 408, 410) que tiene una ruta de conducción térmica para eliminar el calor de la proximidad de la fuente de luz.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivos para la estimulacion optica de celulas diana, utilizando un elemento de transmision optica Campo de la invencion

La presente invencion se refiere, en general, a sistemas y metodos para la estimulacion de celulas diana y, mas en particular, al uso de la optica para estimular las celulas diana utilizando un elemento de transmision optica.

Antecedentes

La estimulacion de diversas celulas del cuerpo se utiliza para producir diversos efectos beneficiosos. Un metodo de estimulacion implica el uso de electrodos, para introducir en las celulas una senal generada externamente. Un problema del que sufren las tecnicas de estimulacion cerebral, a base de electrodos, es la naturaleza distribuida de las neuronas responsables de un proceso mental dado. Por el contrario, los diferentes tipos de neuronas residen cerca unos de otros, de tal manera que, al desempenar una tarea especifica, solo se activan determinadas celulas de una region concreta del cerebro. Dicho de otra forma, no solo los tractos nerviosos heterogeneos se mueven en paralelo a traves de limites espaciales estrechos, sino que los propios cuerpos celulares pueden existir en configuraciones mixtas, escasamente integradas. Esta forma distribuida de procesamiento parece desafiar los mejores intentos de comprender el orden canonico dentro del sistema nervioso central (SNC), y hace que la neuromodulacion sea una tarea terapeutica complicada. Esta arquitectura del cerebro plantea un problema para la estimulacion a base de electrodos, dado que los electrodos son relativamente indiscriminados con respecto a la fisiologia subyacente de las neuronas que estimulan. En su lugar, la proximidad fisica de los polos de los electrodos a la neurona a menudo es el principal factor determinante, en cuanto a que neuronas se estimularan. Por consiguiente, en general no es factible restringir absolutamente la estimulacion a una unica clase de neuronas, usando electrodos.

Otro problema del uso de electrodos para la estimulacion es que, debido a que la colocacion de los electrodos dicta que neuronas se estimulan, con frecuencia la estabilidad mecanica es inadecuada, y resulta en el desplazamiento de los conectores de los electrodos con respecto a la zona diana. Es mas, despues de un periodo de tiempo dentro del cuerpo, con frecuencia los conectores de electrodo se encapsulan con celulas gliales, lo que aumenta la resistencia electrica efectiva de los electrodos y, por lo tanto, el suministro de la potencia electrica requerida para alcanzar las celulas diana. Sin embargo, los aumentos compensatorios en la tension, la frecuencia, o el ancho de pulso, pueden propagar la corriente electrica y aumentar la estimulacion involuntaria de celulas adicionales.

Otro metodo de estimulo utiliza estructuras biomoleculares fotosensibles, para estimular las celulas diana en respuesta a la luz. Por ejemplo, se pueden utilizar proteinas activadas por luz para controlar el flujo de iones a traves de membranas celulares. Al facilitar o inhibir el flujo de iones positivos o negativos a traves de las membranas celulares, la celula puede despolarizarse brevemente, despolarizarse y mantenerse en ese estado, o hiperpolarizarse. Las neuronas son un ejemplo de un tipo de celula que utiliza las corrientes electricas creadas por despolarizacion para generar senales de comunicacion (es decir, impulsos nerviosos). Otras celulas que pueden excitarse electricamente incluyen el musculo esqueletico, el musculo cardiaco, y las celulas endocrinas. Las neuronas utilizan despolarizacion rapida para transmitir senales por todo el cuerpo, y con diversos fines, tales como el control motor (por ejemplo, las contracciones musculares), las respuestas sensoriales (por ejemplo, el tacto, el oido, y otros sentidos) y las funciones de calculo (por ejemplo, las funciones cerebrales). Por lo tanto, el control de la despolarizacion de las celulas puede resultar beneficioso para diversos propositos diferentes, incluyendo (pero sin estar limitados a) la terapia psicologica, el control muscular y las funciones sensoriales.

Sin embargo, los estimulos a base de optica a menudo implican la generacion de calor, que puede transmitirse a las celulas del cuerpo. El calor afecta tanto a la funcion como a la viabilidad fisica de muchos tipos de celulas, y puede causar danos o la muerte celular. En el tejido cerebral, por ejemplo, el umbral para la muerte celular es generalmente de aproximadamente cincuenta y seis grados cenfigrados, mantenidos durante un segundo, o de cincuenta y dos grados durante periodos de tiempo mas largos. Los tejidos que se mantienen por encima de cuarenta y tres grados cenfigrados durante mas de una hora, o asi, pueden tener ver sus procesos fisiologicos (incluyendo la division celular) interrumpidos. Se cree que incluso las elevaciones mas sutiles en la temperatura, por encima de los treinta y siete grados cenfigrados normales, cambian los procesos metabolicos, lo que incluye la influencia sobre la velocidad de activacion espontanea.

El documento EP 1 334 748 A1 describe una sonda implantable, que sirve para iluminar una zona de tratamiento que se ha perfimdido con un agente fotorreactivo.

Sumario

La invencion es segun se define en las reivindicaciones adjuntas, y esta relacionada con estructuras biomoleculares fotosensibles y con metodos relacionados. La presente invencion se ejemplifica en diversas implementaciones y aplicaciones, algunas de las cuales se resumen a continuacion.

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La presente invention se refiere a un dispositivo de suministro optica para suministrar luz a un paciente, en el que el dispositivo es segun se define en la revindication 1. El dispositivo incluye una fuente de luz, para producir luz a partir de energia electrica. Un elemento de transmision optica esta fabricado con un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz. Este elemento de transmision encierra sustancialmente la fuente de luz en un extremo proximal. El elemento de transmision suministra la luz de la fuente de luz a un extremo distal. La forma y tamano del elemento de transmision facilita la implantation del elemento dentro de un paciente. Una portion de fijacion acopla fisicamente el elemento de transmision optica, y asegura el dispositivo al paciente. Una porcion de disipacion de calor elimina el calor del elemento de transmision optica y de la fuente de luz cercanos, y disipa el calor extraido a traves de la porcion de fijacion.

El dispositivo de la presente invencion se puede usar en un metodo de estimulacion in vivo de celulas diana. Se insertan in vivo unos canales ionicos activados por luz, en una o mas celulas diana. Se implanta quirurgicamente un dispositivo. El dispositivo incluye una fuente de luz para producir luz a partir de energia electrica, un elemento de transmision optica fabricado de un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz, teniendo el material una forma alargada que encierra sustancialmente la fuente de luz en un extremo proximal, y que sirve para suministrar luz de la fuente de luz a un extremo distal, una porcion de fijacion acoplada fisicamente al elemento de transmision optica para su fijacion al paciente, y una porcion de disipacion de calor para eliminar el calor cerca del acoplamiento optico entre el elemento de transmision optica y la fuente de luz, y para disipar el calor eliminado a traves de la porcion de fijacion. Tras la implantacion, se activa la fuente de luz para estimular las celulas diana.

De acuerdo con una realization a modo de ejemplo dada a conocer en el presente documento, se implementa una disposition implantable que tiene un dispositivo de generation de luz para generar luz. La disposition tambien tiene una porcion biologica que modifica las celulas diana, para su estimulacion en respuesta a la luz generada por el medio de generacion de luz, in vivo. La estimulacion puede manifestarse ya sea como regulation al alza (por ejemplo, actividad aumentada de la activation neuronal), o regulacion a la baja (por ejemplo, una hiperpolarizacion neuronal o, alternativamente, una despolarizacion cronica) de la actividad en la diana.

De acuerdo con otra realizacion a modo de ejemplo descrita en el presente documento, se implementa un metodo para estimular celulas diana utilizando proteinas fotosensibles, que se enlazan con las celulas diana. El metodo incluye una etapa de implantacion de las proteinas fotosensibles y de un dispositivo de generacion de luz cerca de las celulas diana. Se activa el dispositivo de generacion de luz y la proteina fotosensible estimula las celulas diana, en respuesta a la luz generada.

Las aplicaciones incluyen aquellas asociadas con cualquier poblacion de celulas electricamente excitables, incluyendo las celulas neuronales, esqueleticas, cardiacas, y de musculos lisos, y las celulas beta pancreaticas secretoras de insulina. Algunas enfermedades importantes que presentan un acoplamiento alterado de excitacion- induccion incluyen la insuficiencia cardiaca, las distrofias musculares, la diabetes, el dolor, la paralisis cerebral, la paralisis, la depresion y la esquizofrenia. De acuerdo con ello, la presente invencion tiene utilidad en el tratamiento de un amplio espectro de dolencias medicas, desde el Parkinson y las lesiones cerebrales hasta las arritmias cardiacas, la diabetes, y los espasmos musculares.

De acuerdo con otras realizaciones a modo de ejemplo descritas en el presente documento, los metodos de generacion de un flujo inhibidor de la corriente neuronal implican introducir, en una neurona, una proteina que responda a la luz mediante la production de una corriente inhibidora para disuadir la despolarizacion de la neurona. En uno de tales metodos, la proteina se basa en la halorodopsina y, en otro metodo, la proteina es una proteina inhibidora que utiliza un cofactor endogeno.

De acuerdo con otra realizacion a modo de ejemplo descrita en el presente documento, un metodo para controlar el potencial de action de una neurona implica la siguiente etapa: introducir en la neurona una primera proteina sensible a la luz; producir, en respuesta a la luz, una corriente inhibitoria en la neurona y a partir de la primera proteina sensible a la luz; introducir en la neurona una segunda proteina sensible a la luz; y producir, en respuesta a la luz, una corriente de excitation en la neurona a partir de la segunda proteina sensible a la luz.

En otro metodo descrito en el presente documento, de control de un nivel de tension a traves de una membrana celular de una celula, el metodo comprende: introducir una primera proteina sensible a la luz en la celula; medir el nivel de tension a traves de la membrana celular; y producir, en respuesta a la luz de una primera longitud de onda y usando la primera proteina sensible a la luz, una corriente a traves de la membrana celular que sea sensible al nivel de tension medido.

El sumario anterior de la presente invencion no pretende describir cada realizacion ilustrada, o cada implementation de la presente invencion. Las siguientes figuras y description detallada ejemplifican mas en particular estas realizaciones.

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Breve descripcion de los dibujos

La invencion puede entenderse de manera mas completa al tener en cuenta la siguiente descripcion detallada de diversas realizaciones de la invencion, en relacion con los dibujos adjuntos, en los que:

La FIG. 1A representa un dispositivo implantable, implementado para la neuromodulacion cerebral profunda de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La FIG. 1B ilustra una vista detallada de una posible orientacion y ubicacion de la implantacion, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion;

La FIG. 2A representa una estructura alargada, acoplada integralmente a un elemento de LED para suministrar luz de manera eficiente a una ubicacion destino, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

La FIG. 2B representa una realizacion de la presente invencion en la que la estructura esta formada integralmente con las porciones electronicas alargadas;

La FIG. 2C ilustra una realizacion de la presente invencion en la que, en el extremo proximal del dispositivo, un disipador de calor/base de montaje rodea un conductor negativo y un conductor positivo;

Las FIGS. 3A y 3B representan una estructura alargada para el control de la luz mediante el movimiento de rotacion de la estructura alargada, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

Las FIGS. 3C y 3D muestran el movimiento de una estructura de suministro de luz dentro de una porcion de fijacion, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; y

La FIG. 4 muestra una estructura de suministro de luz, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

Aunque la invencion es susceptible de modificaciones y formas alternativas, en los dibujos se han mostrado los detalles de la misma a modo de ejemplo, y se describiran en detalle. Sin embargo, debe comprenderse, que la intencion no es limitar la invencion a las realizaciones particulares descritas.

Descripcion detallada

Se cree que la presente invencion es util para facilitar la aplicacion practica de diversas estructuras biomoleculares fotosensibles, y se ha observado que la invencion es particularmente adecuada para su uso en disposiciones y metodos relacionados con el control y la estimulacion de la tension de membranas celulares, incluyendo los que utilizan un elemento de transmision optica disenado para su implantacion. Aunque la presente invencion no se limita necesariamente a tales aplicaciones, a traves de un analisis de varios ejemplos que utilizan este contexto pueden apreciarse diversos aspectos de la invencion.

Una realizacion de la presente invencion se refiere a un dispositivo de suministro optica para suministrar luz a un paciente, en el que el dispositivo se define en la reivindicacion 1. El dispositivo incluye una fuente de luz, para producir luz a partir de energia electrica. Un elemento de transmision optica esta fabricado con un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz. Este elemento de transmision encierra sustancialmente la fuente de luz, en un extremo proximal. El elemento de transmision suministra luz desde la fuente de luz a un extremo distal. La forma y tamano del elemento de transmision facilitan la implantacion del elemento dentro de un paciente. Una porcion de fijacion acopla fisicamente el elemento de transmision optica, y asegura el dispositivo al paciente. Una porcion de disipacion de calor elimina el calor del elemento de transmision optica y la fuente de luz cercanos, y disipa el calor extraido a traves de la porcion de fijacion.

Otra realizacion descrita en el presente documento se refiere a un elemento de transmision, que esta fabricado con un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz. Este elemento de transmision encierra sustancialmente la fuente de luz, en un extremo proximal. El elemento de transmision suministra la luz desde la fuente de luz a un extremo distal. La forma y tamano del elemento de transmision facilitan la implantacion del elemento dentro de un paciente. En ciertas implementaciones, el elemento de transmision puede estar disenado para su fijacion a una persona o animal en el que se este efectuando una prueba/tratamiento.

Puede suministrarse luz a unas ubicaciones diana mediante una fibra optica portadora de luz desde una fuente externa, o mediante un diodo emisor de luz implantada (LED). Un acercamiento a la estimulacion optogenetica basado en la fibra optica, se adapta bien a la implantacion cerebral profunda precisa, dado que la forma cilindrica y el diametro estrecho (por ejemplo 20 micras) permiten la insercion estereotaxica con un minirno trauma al tejido, asegurando al mismo tiempo un suministro de luz enfocado en el extremo de la fibra. Tal acercamiento basado en la fibra optica utiliza una fuente de luz voluminosa que genera calor y presenta un alto consumo de energia (por ejemplo, una lampara de xenon con un acoplamiento optico a la fibra). El calor no solo se genera debido al proceso de generacion de luz, sino tambien por el acoplamiento optico, por ejemplo cuando la luz que no llega a cruzar las interfaces de los diferentes componentes a lo largo de la trayectoria de la luz genera calor. Sin embargo, los elementos de circuito electrico son otra fuente potencial de calor, que pueden proporcionar un control de la fuente de luz.

Los acercamientos a la estimulacion optogenetica basados en dispositivos LED, aunque a menudo son mas compactos (en conjunto) y mas energeticamente eficientes que una lampara de xenon con acoplamiento de fibra optica, a menudo son menos compactos en el punto de la salida de luz, y tambien generan una cantidad significativa

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de calor cerca de la fuente de la salida. Adicionalmente, los LED convencionales carecen de la configuration lineal blanda que permite la implantation de fibra optica para el acercamiento quirurgico estereotactico. Asi, la implantation de los LED puede ser mas intrusiva y fisicamente danina para los tejidos. Los LED pueden acoplarse opticamente a las fibras opticas y, de este modo, desplazar fisicamente el area principal de generation de calor, y el area principal de suministro de luz. Sin embargo, el proceso de acoplamiento de luz entre el LED y la fibra optica es ineficiente, lo que causa una perdida sustancial de calor debido a las propiedades de reflexivas y refractivas de las interfaces entre la lente de LED y la fibra optica.

Por consiguiente, las implementaciones especificas pueden ser particularmente utiles para mitigar el calor no deseado de una fuente de luz implantada. Una implementation de este tipo implica un dispositivo de suministro optico que proporcione un optoacoplamiento eficiente, entre una fuente optica de potencia relativamente baja y un elemento de transmision, disenado para su implantacion y para suministrar luz a las celulas diana. El elemento de transmision esta disenado para proporcionar una reflexion interna total de la luz, cuando esta implantado dentro de un paciente. La reflexion interna total se produce cuando el angulo de incidencia de la luz es suficiente en relation con el angulo critico por encima del cual se produce la reflexion.

En una realization de la presente invention, el elemento de transmision esta disenado para su mantenimiento en una forma fisica relativamente rigida o inflexible. Esto puede resultar particularmente util para disenar el elemento de transmision con respecto a la reflexion interna total de luz, cuando esta implantado dentro de un paciente. Por ejemplo, el cable de fibra optica a menudo esta disenado especificamente para permitir un angulo maximo de flexion. Este angulo de flexion se determina como una funcion de las propiedades opticas del nucleo, y del revestimiento circundante. La reduction o elimination de esta flexion del elemento de transmision relaja las restricciones de diseno, por ejemplo mediante el aumento efectivo de la gama de angulos aceptables de incidencia de la luz.

Algunas implementaciones utilizan un elemento de transmision que tiene un angulo critico deseado, que esta definido por una interfaz entre el elemento de transmision y las propiedades de los componentes internos del cuerpo, tales como los fluidos o los tejidos corporales. De esta manera, los componentes internos del cuerpo funcionan como una capa de tipo revestimiento exterior durante el suministro de la luz a una ubicacion diana.

Las realizaciones de la presente invencion se refieren al diseno del elemento de transmision. Son posibles diversas formas diferentes para el eje del elemento de transmision, por ejemplo, cilindrica, conica o plana/rectangular. Por otra parte, el extremo del elemento de transmision para la colocation cerca de la ubicacion diana puede estar disenado para controlar adicionalmente el suministro de luz. Esto puede incluir, por ejemplo, enfocar la luz hacia una zona estrechamente controlada, o dispersar la luz sobre un area grande.

Los aspectos de la presente divulgation tambien se refieren a metodos y dispositivos para disipar el calor. Por ejemplo, puede acoplarse termicamente una section termoconductora a las fuentes de calor. Las fuentes de calor pueden incluir la fuente de luz optica, la electronica de control, la fuente de energia o la fuente de temperatura externa, por ejemplo fuentes ambientales de calor. La seccion termoconductora puede disenarse para que disipe el calor lejos del punto de insertion del elemento de transmision. Esto puede incluir la disipacion de calor en el aire, los tejidos oseos y/o tejido blando vascularizados. Puede colocarse un material termicamente aislante entre la seccion termicamente conductora (disipador de calor) y el punto de insercion, mitigando asi el calentamiento del tejido interno.

La seccion termicamente conductora puede disenarse con un area de superficie suficiente para disipar la cantidad requerida de calor. La seccion termicamente conductora puede disenarse a partir de diferentes materiales conductores, incluyendo, pero sin limitation a, metales termicamente conductores como el cobre. El area de superficie de la seccion termicamente conductora puede disenarse con un material poroso, aletas u otros aspectos que ayuden a aumentar el area de superficie. En una implementacion particular, la seccion termicamente conductora esta aislada con respecto a las fuentes de calor ambientales externas. Por lo tanto, se disipa sustancialmente todo el calor hacia el tejido oseo y/o tejido blando vascularizados. Esto puede resultar particularmente util para permitir el uso del dispositivo en diferentes ambientes y temperaturas externas.

De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se utiliza un sensor termico para monitorizar la temperatura cerca del punto de insercion. En respuesta a la lectura de la temperatura, el dispositivo puede emitir una senal de advertencia y/o modificar la operation de la fuente de luz. Por ejemplo, el dispositivo puede desactivar la fuente de luz en respuesta a un exceso de la temperatura por encima de un nivel umbral predeterminado.

En algunas realizaciones de la presente invencion, se incluyen un circuito de control y una fuente de energia como componentes del dispositivo. Estos componentes pueden disenarse para la colocacion externa en el paciente. Por ejemplo, se colocan una bateria y un microcontrolador dentro de, o como parte de, una base de montaje que se fija al paciente, por ejemplo en el craneo para la estimulacion neural. En ciertas implementaciones, se colocan uno o mas de estos componentes lejos del punto de insercion. Las conexiones electricas proporcionan control sobre la fuente de luz. Puede introducirse un aislante termico entre estos componentes y el punto de insercion, para mitigar la transferencia de calor al punto de insercion.

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En ciertas implementaciones que implican un elemento de transmision rigido, el elemento de transmision tiene una longitud establecida que corresponde a una profundidad de insercion aproximada, para el suministro de luz a una ubicacion diana. Sin embargo, cada paciente puede tener una morfologia diferente y/o una ubicacion diana deseada. En un caso, el elemento de transmision puede modificarse individualmente para cada procedimiento. Esto se puede lograr si se elimina una seccion del elemento de transmision para obtener la longitud deseada. En otra implementacion, una porcion ajustable de la base de montaje permite controlar la profundidad del elemento de transmision.

Ciertas realizaciones de la presente invencion se refieren al movimiento permitido del elemento de transmision, con respecto a la base de montaje del sistema. Por ejemplo, la base de montaje permite que el elemento de transmision se mueva libremente en una direccion lateral. Una vez que el elemento de transmision esta situado correctamente, la base de montaje asegura el elemento de transmision para evitar futuros movimientos. El elemento de transmision se asegura mediante un mecanismo de sujecion, un agente de cementacion u otros mecanismos de fijacion adecuados. Otro uso potencial del movimiento permitido del elemento de transmision con respecto a la base de montaje del sistema se refiere a un mayor control de la ubicacion de suministro de luz. La punta del elemento de transmision puede disenarse para que dirija la luz en un angulo en relacion con el eje largo del elemento de transmision. Al permitir el movimiento de rotacion de tal elemento de transmision, puede ajustarse la ubicacion del estimulo de luz. Una vez que se determina la orientacion deseada, por ejemplo mediante pruebas de la eficacia de diversas orientaciones, puede fijarse el elemento de transmision para evitar el movimiento adicional.

Aunque no estan limitadas a esto, las realizaciones de la presente invencion estan particularmente bien adaptadas para su uso con una o mas de las siguientes realizaciones a modo de ejemplo, dirigidas a proteinas sensibles a la luz.

De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo de la presente divulgacion, se introduce una proteina sensible a la luz en una celula. La proteina afecta a un flujo de iones a traves de la membrana celular, en respuesta a la luz. Este cambio en el flujo de iones crea un correspondiente cambio en las propiedades electricas de las celulas, que incluyen, por ejemplo, la tension y el flujo de corriente a traves de la membrana celular. En un caso, la proteina funciona in vivo utilizando un cofactor endogeno para modificar el flujo de iones a traves de la membrana celular. En otro caso, la proteina cambia la tension a traves de la membrana celular, a fin de disuadir del potencial de accion de activacion en la celula. En otro caso mas, la proteina puede cambiar las propiedades electricas de la celula a los pocos milisegundos de que se introduzca la luz. Para mas detalles sobre el suministro de tales proteinas, puede hacerse referencia al documento US20070261127 A1 titulado "Light-Activated Cation Channel and Uses Thereof".

De acuerdo con una realizacion a modo de ejemplo mas especifica de la presente divulgacion, se usa una proteina, NpHR a partir de Natronomonas pharaonis, para la inhibicion optica temporal precisa de la actividad neural. La NpHR permite la inhibicion selectiva de potenciales de accion individuales dentro de trenes de potenciales de accion rapidos y el bloqueo sostenido de los impulsos durante varios minutos. El espectro de accion de la NpHR esta fuertemente desplazado hacia el rojo en relacion con la ChR2, pero opera a una potencia de luz similar, y la NpHR funciona en mamiferos sin cofactores exogenos. En un caso, tanto la NpHR como la ChR2 pueden expresarse en las celulas diana. Del mismo modo, la NpHR y la ChR2 pueden dirigirse a musculo de C. elegans y a motoneuronas colinergicas para controlar la locomocion bidireccionalmente. En este sentido, la NpHR y la ChR2 forman un sistema optogenetico para la interrogacion multimodal de alta velocidad, geneticamente orientada y totalmente optica, de circuitos neuronales vivos.

Ciertos aspectos de la presente divulgacion se basan en la identificacion y el desarrollo de una bomba de cloruro de impulsada por luz de arqueas, tal como halorodopsina (NpHR) a partir de Pharaonis Natronomonas, para la inhibicion temporal optica precisa de la actividad neuronal. La bomba permite la desactivacion tanto de potenciales de accion individuales dentro de trenes de potenciales de accion rapidos como el bloqueo sostenido de los impulsos durante bastantes minutos, y opera a una potencia de luz similar en comparacion con la ChR2 pero con un espectro de accion fuertemente desplazado hacia el rojo. La bomba de NpHR tambien funciona en mamiferos sin cofactores exogenos.

De acuerdo con otras realizaciones a modo de ejemplo de la presente divulgacion, los metodos para generar un flujo de corriente inhibidora de neuronas implican introducir en una neurona una proteina sensible a la luz, mediante la produccion de una corriente inhibidora para disuadir la despolarizacion de la neurona. En uno de tales metodos, la proteina es a base de halorodopsina y, en otro metodo, la proteina es una proteina inhibidora que utiliza un cofactor endogeno.

En otra realizacion a modo de ejemplo, un metodo para controlar el potencial de accion de una neurona implica las siguientes etapas: introducir una primera proteina sensible a la luz en la neurona; producir, en respuesta a la luz, una corriente inhibidora en la neurona y a partir de la primera proteina sensible a la luz; introducir una segunda proteina sensible a la luz en la neurona; y producir, en respuesta a la luz, una corriente de excitacion en la neurona a partir de la segunda proteina sensible a la luz.

En otro metodo para controlar el nivel de tension a traves de una membrana celular de una celula, el metodo incluye:

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introducir una primera protema sensible a la luz en la celula; medir o deducir el nivel de tension a traves de la membrana celular (por ejemplo, usando tintes sensibles a la tension o mediciones de la actividad cerebral); y producir, en respuesta a la luz de una primera longitud de onda y usando la primera proteina sensible a la luz, una corriente a traves de la membrana celular que sea sensible al nivel de tension medido o inferido.

Otro aspecto de la presente divulgacion esta dirigido a un sistema para controlar un potencial de accion de una neurona in vivo. El sistema incluye un dispositivo de suministro, una fuente de luz, y un dispositivo de control. El dispositivo de suministro introduce una proteina sensible a la luz en la neurona, y la proteina sensible a la luz produce una corriente inhibitoria. La fuente de luz genera luz para estimular la proteina sensible a la luz, y el dispositivo de control controla la generacion de luz por la fuente de luz.

En realizaciones mas detalladas, dicho sistema esta adaptado adicionalmente de tal manera que el dispositivo de suministro introduzca la proteina sensible a la luz a traves una de entre transfeccion, transduccion y microinyeccion, y/o de tal manera que la fuente de luz introduzca luz en la neurona a traves de uno de entre un generador de luz implantable y fibra optica.

Otro aspecto de la presente divulgacion esta dirigido a un metodo para tratar un trastorno. El metodo selecciona un grupo de neuronas asociadas con el trastorno; y en este grupo el metodo incluye introducir una proteina inhibidora que utilice un cofactor endogeno para responder a la luz, mediante la produccion de una corriente inhibidora para disuadir la despolarizacion de las neuronas, y exponer las neuronas a la luz, disuadiendo de esta manera la despolarizacion de las neuronas.

De acuerdo con otro aspecto mas la presente divulgacion se refiere a la identificacion y el desarrollo de una bomba de cloruro impulsada por luz de arqueas, tal como halorodopsina (NpHR) a partir de pharaonis Natronomonas, para la inhibicion optica temporal precisa de la actividad neural. La bomba permite tanto la desactivacion de los potenciales de accion individuales dentro de trenes de potenciales de accion rapidos como el bloqueo sostenido de los impulsos durante muchos minutos, y opera a una potencia de luz similar en comparacion con la ChR2 pero con un espectro de accion fuertemente desplazado hacia el rojo. La bomba de NpHR tambien funciona en mamiferos sin cofactores exogenos.

Las realizaciones mas detalladas expanden tales tecnicas. Por ejemplo, otro aspecto de la presente divulgacion coexpresa la NpHR y la ChR2 en la especie (por ejemplo, una persona o un raton). Ademas, se integran la NpHR y la ChR2 con la obtencion de senales de calcio en rodajas de cerebro agudas de mamifero para la modulacion optica bidireccional y la lectura de la actividad neuronal.

Del mismo modo, la NpHR y la ChR2 pueden dirigirse a pueden dirigirse a musculo de C. elegans y a motoneuronas colinergicas para controlar la locomocion bidireccionalmente. Juntas, la NpHR y la ChR2 pueden utilizarse como un sistema optogenetico completo y complementario para la interrogacion multimodal de alta velocidad, geneticamente orientada y totalmente optica, de circuitos neuronales vivos.

Adicionalmente a la NpHR y la ChR2, hay una serie de canalrodopsinas, halorodopsinas y opsinas microbianas que pueden disenarse para que regulen opticamente el flujo de iones o los segundos mensajeros dentro de las celulas. Diversas realizaciones de la divulgacion incluyen proteinas de fusion, truncadas, mutadas con optimizacion de codones, versiones diana o versiones modificadas de otro modo de tales reguladores opticos de iones. Asi pues, la ChR2 y la NpHR (p.ej., el numero de acceso a GenBank es EF474018 para la secuencia de NpHR “en mamiferos” y EF474017 para la secuencia de ChR2(1-315) “en mamiferos") se utilizan como representativas de varias realizaciones diferentes. Los analisis que identifican especificamente ChR2 y NpHR no estan destinados a limitar la invention a tales ejemplos especificos de reguladores opticos. Para mas detalles sobre las secuencias anteriormente mencionadas puede hacerse referencia a "Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry" de Feng Zhang, y otros, Nature (5 de abril de 2007) vol. 446: paginas 633-639.

De acuerdo con una realization particular de la presente divulgacion, se introduce una proteina en una o mas celulas diana. Cuando se introduce en una celula, la proteina cambia el potencial de la celula en respuesta a una luz con determinada frecuencia. Esto puede resultar en un cambio en el potencial de reposo, que se puede utilizar para controlar (disuadir) el potencial de accion de activation. En un ejemplo especifico, la proteina es una halorodopsina que actua como una bomba de membrana para la transferencia de carga a traves de la membrana celular, en respuesta a la luz. Las bombas de membrana son transductores de energia que utilizan energia de enlace electromagnetico o quimico para la translocation de iones especificos a traves de la membrana. Para mas information con respecto a bombas de membrana de halorodopsina se puede hacer referencia a "Halorhodopsin Is a Light-driven Chloride Pump" de Brigitte Schobert, y otros, The Journal of Biological Chemistry Vol. 257, n.° 17, 10 de septiembre de 1982, paginas 10306-10313.

La proteina disuade la activacion del potencial de accion al alejar el potencial de la celula con respecto al nivel de activacion del potencial de accion para la celula. En muchas neuronas, esto significa que la proteina aumenta la tension negativa observada a traves de la membrana celular. En un caso especifico, la proteina actua como una bomba de iones de cloruro que transfiere activamente a la celula iones de cloruro con carga negativa en. De esta manera, la proteina inhibidora genera una corriente a traves de la membrana celular. Mas especificamente, la

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protema responde a la luz mediante la reduccion de la tension a traves de la celula, lo que disminuye la probabilidad de que se produzca un potencial de accion o una despolarizacion.

En la presente memoria, la estimulacion de una celula diana generalmente se utiliza para describir la modificacion de propiedades de la celula. Por ejemplo, el estimulo de una celula diana puede dar lugar a un cambio en las propiedades de la membrana celular, lo que puede conducir a la despolarizacion o la polarizacion de la celula diana. En un caso particular, la celula diana es una neurona y el estimulo afecta a la transmision de los impulsos, facilitando o inhibiendo la generacion de los impulsos por parte de la neurona.

Volviendo ahora a las figuras, la Fig. 1A representa un dispositivo implantable, implantado para la neuromodulacion cerebral profunda, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La FIG. 1A y el siguiente analisis mencionan y analizan especificamente la neuromodulacion cerebral profunda; sin embargo, la invencion no esta limitada a esto. El sistema de la FIG. 1A incluye unos elementos de transmision 104 y 106 alargados. Unas bases de fijacion 114 y 112 fijan los elementos de transmision 104 y 106, respectivamente, al craneo del paciente 102. Una fuente de luz, tal como dispositivos LED, produce una luz que se dirige ubicaciones destino mediante los elementos de transmision 104 y 106. Un circuito de generacion de pulsos 115, que tiene una fuente de alimentacion 116, genera pulsos de control que hacen que los LED produzcan luz.

En una implementation especifica, un cirujano implanta bajo la piel unos conductores flexibles de potencia/control 113 y 115. La bateria 116 y la unidad de generacion de pulsos 115 se implantan por separado de los LED 104 y 106, por ejemplo contra el pecho. Un disipador de calor/base de fijacion 112 rodea la portion proximal del LED con la estructura alargada 106, mientras que el disipador de calor/base de fijacion 114 rodea la porcion proximal del LED con la estructura alargada 104. La implantation a las regiones sub-superficiales del cerebro o del cuerpo puede llevarse a cabo empujando el dispositivo de forma lineal, desde la superficie externa de la parte de cuerpo hacia la diana, por lo general usando dispositivos estereotacticos y metodos asociados que se utilizan para la colocation precisa de instrumentos y de dispositivos implantables en el cerebro y el cuerpo. Algunos dispositivos comercialmente disponibles para la colocacion estereotactica de dispositivos implantables incluyen la funcion de personalization "Universal Tool", en la serie "Stealth Station" de sistemas de guia de imagen por ordenador, de la division Surgical Navigation Technologies (Broomfield, CO) de Medtronic Inc. (Minneapolis, MN).

Al formar integralmente una estructura alargada con los elementos electronicos de un LED, el dispositivo puede implantarse facilmente de forma selectiva precisa, y puede fijarse espacialmente. La fuente primaria de calor se desplaza fisicamente de los tejidos subyacentes sensibles, tales como las celulas cerebrales, de manera que se mitigan los danos en las celulas. Por ejemplo, el disipador de calor en el extremo proximal captura y difunde calor hacia dentro del tejido oseo y el tejido blando vascularizados que sean menos sensibles al calor que las celulas diana o el tejido interpuesto.

La FIG. 1B ilustra una vista detallada de unas posibles orientation y ubicacion de la implantacion, de acuerdo con realizaciones de la presente invencion. Una fuente de luz, tal como un LED, se acopla a una estructura alargada 125, que se implanta en el cerebro 129. Un disipador de calor/base de fijacion 140 se sujeta a la porcion proximal de la fuente de luz y de la estructura alargada, rodeando el punto de conversion de electricidad a luz. El disipador de calor/base de fijacion 130 se puede adherir al craneo 132, por ejemplo con metacrilato, o suturarse o fijarse de otro modo al tejido 133 suprayacente o subyacente al hueso. El extremo distal de la combination de LED y la estructura alargada 125 se coloca de manera que ilumine la porcion biologica 127, que puede describirse como una estimulacion optica de diana anatomica. En esta ilustracion, la porcion biologica 127 es el Area de Brodmann 25 del cerebro. Otras potenciales porciones biologicas diana dependeran de la aplicacion experimental o terapeutica especifica y pueden incluir, pero no se limitan a, el nucleo subtalamico, el globo palido interno, el giro dentado, el campo CA-1 del hipocampo, el area hipotalamica medial y el area hipotalamica lateral.

La FIG. 2A representa una estructura alargada, integralmente acoplada a un elemento LED, para suministrar luz de manera eficiente a una ubicacion diana, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La estructura alargada 210 se representa como un objeto opticamente transparente o translucido, con una forma entre cilindrica y conica y extension lineal, de consistencia interna generalmente uniforme. La estructura alargada 210 no tiene por que limitarse a materiales especificos, sino que se puede implementar usando vidrio o plasticos, por ejemplo policarbonato. La estructura alargada 210 esta formada hermeticamente con el elemento LED 202 y con las porciones distales del electrodo negativo 206 y el electrodo positivo 204. Desde el diodo 202 se emite una luz 208 que atraviesa la estructura alargada 210, a lo largo de unos haces de luz 212 y 214. Los haces de luz se reflejan sobre los limites superficiales de la estructura alargada 210. Suponiendo que el angulo de incidencia de la luz sea suficiente en relation con el angulo critico por encima del cual se produce la reflexion, la luz se redirige internamente a la estructura alargada 210. En ultima instancia, una porcion sustancial de la luz pasa hacia fuera de la estructura alargada 210, en forma de haces 216 que iluminan una ubicacion diana 218, por ejemplo una celula sensible a la luz, de manera que modifiquen su actividad.

La FIG. 2B representa una realizacion de la presente invencion en la que la estructura alargada 230 esta formada integralmente con las porciones electronicas, incluyendo las porciones distales del conductor positivo 224 y el conductor negativo 226 y el elemento de diodo interpuesto (no mostrado) y que, de esta manera, puede suministrar

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luz de manera eficiente a la porcion biologica, en este caso una neurona. La estructura alargada 230 es un cilindro longitudinal ahusado de material de grado optico, tal como vidrio o plastico. Dentro de la porcion proximal de la estructura alargada 230 se emite una luz azul 228, que se refleja internamente. La luz sale del extremo distal de la estructura alargada 230 como una luz azul 236.

En una implementacion particular, la ubicacion diana 218 incluye una o mas celulas neuronales que expresan un canal ionico o bomba opticamente sensible, tal como ChR2. Cuando los pulsos de luz azul 236 inciden sobre la celula neuronal 218 que expresa ChR2, esta celula exhibe un potencial de accion con cada pulso, y de esta manera se regula mediante la entrada electrica a los conductores 224 y 226.

La FIG. 2C ilustra una realizacion de la presente invencion en la que, en el extremo proximal del dispositivo, el disipador de calor/base de montaje 262 rodea el conductor negativo 256 y el conductor positivo 254. En una implementacion particular, el elemento de diodo interpuesto entre ellos (no mostrado) emite una luz amarilla. La estructura alargada 260 es un cilindro longitudinal ahusado de material de grado optico, tal como vidrio o plastico, que suministra la luz a neurona la 265 que se ha modificado geneticamente para que exprese NpHR. Cuando la luz amarilla se emite desde la estructura alargada 260 e incide sobre la neurona 265, esta celula exhibe resistencia a los potenciales de accion. El disipador de calor/base de montaje 262 tiene un doble proposito, como una masa que conduce y difunde el calor desde cerca de la zona de generacion de luz dentro del dispositivo, asi como una base que puede fijarse firmemente al craneo.

El LED esta disenado con una estructura alargada, formada integralmente, que se correlaciona con las dimensiones de una fibra optica, para suministrar luz a las celulas con canales ionicos activados por luz en las regiones sub- superficiales del cerebro o el cuerpo. La estructura alargada (por ejemplo, 104, 106, 125, 210, 230, 260) puede asumir una forma lisa, por ejemplo una forma de cilindro, cilindro ahusado, cono, o una forma rectangular alargada y plana. Tales lentes pueden fabricarse con diversos materiales translucidos, transparentes o de color, incluyendo el policarbonato y el vidrio. La lente generalmente se forma de manera integral con los elementos electronicos, y ajustada hermeticamente alrededor de los mismos, incluyendo el propio diodo, por ejemplo, mediante moldeo por inyeccion a alta presion para eliminar todo el aire interpuesto entre el material de la lente y el elemento de diodo. El diametro de la lente puede variar dependiendo de la zona especifica que requiera iluminacion. Por ejemplo, una estructura alargada de 20 mm de diametro (en comparacion con las fibras opticas previamente utilizadas para suministrar luz a dianas anatomicas profundas) resulta adecuada para suministrar luz a los cuerpos celulares y/o los axones de pequenos grupos de neuronas. Las lentes de diametro mas pequeno (por ejemplo, 10 micras o menos) pueden resultar mas adecuadas para transmitir luz a las celulas individuales. El uso de lentes de mayor diametro (por ejemplo, lentes cuadradas de 1 mm x 1 mm o lentes cilindricas con un diametro de 1 mm) pueden ser utiles para iluminar grandes areas de tejido diana. Sin embargo, las lentes de diametros mas pequenos tienden a ser mas fragiles que las lentes de mayor diametro, dependiendo del material especifico usado para su composicion.

El elemento de transmision o la estructura alargada pueden tener propiedades de enfoque optico, o simplemente pueden servir como un canal de transmision no refractivo que separe fisicamente la porcion de production de luz que genera calor con respecto a la diana sensible al calor y opticamente reactiva. La punta puede tener el mismo diametro que la base de la estructura, o puede tener diferentes dimensiones.

La forma de la estructura alargada tambien puede alterarse o mejorarse tras la fabrication inicial. Por ejemplo, pueden moldearse estructuras alargadas de plastico o de vidrio con una forma inicial alargada, a continuation estirarse a dimensiones largas y delgadas con metodos y herramientas de uso comun en los laboratorios de neurociencia, para la creation ad-hoc de electrodos de pipeta de vidrio para el registro electrico intracelular. Usando este metodo, se calienta un area pequena de unos cilindros de vidrio, y luego se estiran de forma lineal. Tras alcanzar la longitud adecuada y un diametro reducido, se corta el vidrio de micropipeta/electrodo. Este proceso y los dispositivos que facilitan el mismo (que se comercializan) sirven de manera similar para el proceso de creacion de una estructura alargada de longitud y diametro apropiados, con la diferencia de que una lente cilindrica, con elementos electronicos formados (incluyendo el propio diodo), reemplaza el cilindro de vidrio que se utiliza para fabricar un microelectrodo. Este mismo proceso se puede llevar a cabo con estructuras alargadas de plastico, ya sea por calentamiento y estiramiento al igual que con el vidrio, o por estiramiento del plastico antes de que se haya curado.

El disipador de calor/base de montaje (por ejemplo, FIG. 1A: 112, 114; FIG. 1B: 130; FIG. 2C: 262) tiene un proposito doble, como una masa que conduce y difunde calor desde cerca de la zona de generacion de luz dentro del dispositivo, asi como una base que se puede fijar firmemente al craneo. Esta porcion normalmente esta en la base (proximal) del aparato, en torno a los polos activos y las porciones de diodo del dispositivo. Esta base puede suturarse al tejido a traves de orificios colocados en la base, y puede cementarse directamente al craneo, por ejemplo usando un compuesto a base de metacrilato.

Las FIGS. 3A y 3B representan una estructura alargada para controlar la luz mediante el movimiento de rotation de la estructura alargada, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La estructura alargada 304 dirige la luz hacia la punta distal 306. La direction longitudinal 302 de la estructura alargada 304 muestra la direction general de desplazamiento de la luz. La punta distal 306 esta disenada para dirigir la luz de manera general en un angulo

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con respecto a la direction longitudinal 302. Asi, mediante la rotation de la estructura alargada 304 alrededor de la punta distal (que se muestra con las flechas 310), se puede cambiar el patron de iluminacion. Esto permite un ajuste fino de la ubicacion de suministro eficaz para el estimulo optico. Durante la implantation quirurgica, puede girarse la estructura alargada 304. En diferentes posiciones de giro, puede proporcionarse luz para estimular las celulas diana. La eficacia de la estimulacion puede evaluarse, y la position de giro puede fijarse en consecuencia. La evaluation de la eficacia puede adaptarse al objetivo/tratamiento especifico del dispositivo implantado.

La direccion de desplazamiento de la luz puede controlarse utilizando diversos principios basados en la optica, tales como enfocar o dirigir la luz mediante la refraction o la reflexion causada por diferentes indices de refraction. Por ejemplo, la FIG. 3A muestra la punta 306 sin ser perpendicular a la direccion longitudinal 302, por ejemplo siendo perpendicular a la direccion 308. Por otra parte, la punta 306 puede construirse con una superficie curva para dirigir adicionalmente la luz. La FIG. 3B muestra una section 310, que puede estar fabricada con uno o mas materiales que presenten un indice diferente de refraccion con respecto al del resto de la estructura alargada 304. Son posibles otras diversas opciones de direccionamiento, incluyendo, pero sin limitarse a, un material reflectante o una lente fijada.

Las FIGS. 3C y 3D muestran el movimiento de una estructura de suministro de luz dentro de una portion de fijacion, de acuerdo con una realization de la presente invention. La porcion de fijacion 312 permite que la estructura alargada 304 gire alrededor del eje longitudinal. Alternativamente, tambien puede permitirse la estructura alargada 304 se desplace a lo largo del eje longitudinal, como muestran las flechas verticales de la FIG. 3D.

La FIG. 4 muestra una estructura de suministro de luz, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La estructura de suministro de luz incluye un lumen 404 que rodea a una abertura 402. Una capa exterior 406 opcional rodea el lumen 404. En una implementation, el lumen esta fabricado con vidrio o con plastico, tal como una pipeta o una micropipeta. La luz se dirige a traves del lumen segun se analiza. La capa externa 406 puede ayudar a dirigir la luz a lo largo de la longitud del lumen 404. El lumen puede llenarse con un material, liquido o no, para proporcionar las propiedades opticas deseadas. Por ejemplo, el material de relleno del lumen puede utilizarse para transmitir la luz optica ya sea por coincidencia con el indice de refraccion del lumen o por tener un indice de refraccion suficientemente diferente al del lumen, para proporcionar la reflexion interna total dentro del material de relleno de lumen.

La FIG. 4 tambien representa unos elementos de elimination de calor 408 y 410. Estos elementos estan acoplados termicamente con la fuente de luz, que esta sustancialmente encerrada dentro del lumen 404 y/o la capa externa 406. El elemento de eliminacion de calor 408 esta en contacto termico con la fuente de luz, y disipa el calor a traves de unas tiras termoconductoras 410. Las tiras termoconductoras 410 pueden estar conectadas al dispositivo de fijacion, o a alguna otra estructura que actue como un disipador de calor 412. En una implementacion particular, el material para el lumen 404 tiene una elevada resistencia termica, permitiendo de este modo disipar sustancialmente todo el calor generado por la fuente de luz a traves de los elementos de eliminacion de calor 408 y 410.

Otros detalles de una realizacion a modo de ejemplo de acuerdo con la FIG. 4 incluyen un LED fabricado comercialmente, que esta rodeado por material de coincidencia de indices y contenido dentro de (o acoplada a) una pipeta o micropipeta que sirva como elemento de suministro de luz. El extremo distal de la pipeta o micropipeta se implanta en la diana neuronal. El extremo proximal de esta pipeta contiene el elemento de production de luz. Este elemento de produccion de luz puede ser un conjunto de diodo emisor de luz estandar, comercializado, tal como el SML0805-B1K-TR (LEDtronics Inc., Torrance, CA). Pueden fabricarse micropipetas adecuadas de acuerdo con procedimientos estandar de laboratorio a partir de tubos de vidrio de partida B200-156-10 y con una maquina extractora de micropipetas modelo P1000, todo ello comercializado por Sutter Instrument (Novato, CA). La superficie interna o externa de la pipeta puede entonces recubrirse con una sustancia reflectante, a fin de aumentar la reflexion interna. Por ejemplo, la "plateadura" es un proceso quimico de recubrimiento de vidrio con una sustancia reflectante. En este proceso, puede pulverizarse la pipeta con aluminio en polvo mediante su colocation en una camara de vacio, con unas bobinas de nicromo electricamente calentadas que sublimen el aluminio. Al exponerla posteriormente expone al oxigeno en un horno, se forma una capa de oxido de aluminio duradera y transparente.

Puede utilizarse un material de coincidencia de indices dentro de la pipeta y alrededor de la lente LED, con el fin de suavizar o eliminar la transition de los indices de refraccion entre la lente LED y el lumen del material de pipeta, al eliminar el espacio de aire y aproximar los indices de refraccion de los materiales de la lente. Muchas fuentes fabrican y comercializan liquidos y materiales de coincidencia de indices, incluyendo Timbercon, Inc., Lake Oswego, Oregon. El indice de refraccion de varios materiales translucidos y transparentes, tales como lentes LED, generalmente esta disponible como parte de las especificaciones de los fabricantes, o en diversas listas/bases de datos publicas. Otra consideration es/son la/s longitud/es de onda de luz particular/es que se utilicen, dado que esto puede afectar el indice de refraccion.

La presente invencion tambien se puede usar para suministrar luz de manera precisa a regiones diana especificas del cuerpo, con otros fines fototerapeuticos. Por ejemplo, es sabido que algunas longitudes de onda de la luz presentan propiedades bactericidas, mientras que otras longitudes de onda pueden inducir la produccion de ciertos productos moleculares deseados.

Las diversas realizaciones anteriormente descritas se han proporcionado solamente a modo de ilustracion. Por ejemplo, los cambios a las realizaciones espedficamente descritas pueden incluir el uso de la logica digital o de microprocesadores para controlar la luz emitida.

Claims (17)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un dispositivo de suministro optico para suministrar luz a zonas sub-superficiales del cerebro o del cuerpo, comprendiendo el dispositivo:

   a) un elemento implantable de transmision optica (104, 106, 125, 210, 230, 260, 304, 404) que comprende un extremo proximal y un extremo distal;

   b) una fuente de luz (202) para producir luz a partir de energia electrica, en donde la fuente de luz esta en el extremo proximal del elemento de transmision optica;

   en el que el elemento implantable de transmision optica esta fabricado con un material que es sustancialmente transparente a la luz de la fuente de luz, teniendo el material una forma alargada que encierra sustancialmente la fuente de luz en el extremo proximal del elemento de transmision optica, y que sirve para suministrar la luz de la fuente de luz al extremo distal, y en donde el elemento de transmision optica esta adaptado para su rotacion alrededor del eje longitudinal (302) y tiene una punta distal (306) disenada para dirigir la luz de manera angulada, con respecto a dicho eje, para cambiar una posicion de una ubicacion de estimulo luminoso;

   c) una porcion de fijacion (112, 114, 130, 262, 312) acoplada fisicamente al elemento de transmision optica, para su fijacion al paciente; y

   d) una porcion de disipacion de calor (112, 114, 130, 262, 408, 410) que tiene una ruta de conduccion termica para eliminar el calor de la proximidad de la fuente de luz.
2. 2. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el elemento de transmision optica es un lumen y el material es uno de entre vidrio y plastico.
3. 3. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el lumen contiene una sustancia que tiene un indice de refraccion que es sustancialmente igual al del material del lumen.
4. 4. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el elemento de transmision optica es rigido a lo largo de una direccion de transmision de la luz.
5. 5. El dispositivo de la reivindicacion 4, en el que el elemento de transmision optica incluye una capa exterior de un segundo material, que facilita el desplazamiento de la luz a lo largo de la direccion de transmision.
6. 6. El dispositivo de la reivindicacion 1, que incluye adicionalmente un sensor de temperatura para detectar una temperatura cerca del elemento de transmision optica y un circuito de control para controlar la activacion de la fuente de luz en respuesta a la temperatura detectada.
7. 7. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el elemento de transmision optica esta configurado para dirigir la luz a lo largo de un eje longitudinal que se extiende desde el extremo proximal hasta el distal, y en el que el elemento de transmision optica esta configurado y dispuesto para dirigir la luz que abandona el elemento de transmision en un angulo distinto de cero con respecto al eje longitudinal.
8. 8. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la porcion de fijacion esta configurada y dispuesta para permitir el movimiento de rotacion, alrededor del eje longitudinal, del elemento de transmision optica durante la implantacion y para evitar el movimiento de rotacion despues de la implantacion.
9. 9. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el material del elemento de transmision optica es vidrio que esta recubierto de una sustancia reflectante.
10. 10. El dispositivo de la reivindicacion 1, que incluye adicionalmente una fuente de senal implantable que tiene una fuente de alimentacion, un circuito de control para generar senales electricas que activan la fuente de luz y unos conductores para la transmision de las senales electricas a la fuente de luz.
11. 11. El dispositivo de la reivindicacion 10, en el que la fuente de senal implantable esta disenada para su colocacion dentro de la cavidad pectoral en conexion con el elemento de transmision optica que se implanta en el cerebro.
12. 12. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la fuente de luz es un diodo emisor de luz.
13. 13. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que el elemento de transmision optica tiene un diametro de entre aproximadamente 10 |jm y aproximadamente 1 mm.
14. 14. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la fuente de luz es implantable.
15. 15. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la porcion de disipacion de calor disipa el calor en el aire.
16. 16. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la porcion de disipacion de calor disipa el calor extraido a traves del punto de fijacion.
17. 17. El dispositivo de la reivindicacion 1, en el que la porcion de fijacion y la porcion de disipacion de calor son implantables.