Lille bitte, lysfølsomme chips kunne en dag genoprette synet for blinde

Aldersrelateret makuladegeneration, en sygdom, der langsomt nedbryder lysfølsomme celler i nethinden, er den førende årsag til synstab og blindhed blandt mennesker på 65 år og ældre, ifølge Centers for Disease Control and Prevention. Læger kan ikke forhindre et sådant tab af syn - men et system, der erstatter lysfølsomme celler designet af Daniel Palanker, professor i oftalmologi, kan lette byrden.

Enheden – en kombination af billedbehandlingsbriller og små siliciumchips implanteret i nethinden – har været mere end et årti under fremstilling. Selvom enhedens opløsning endnu ikke er, hvor dens designere håber at få den - i øjeblikket kan teknologien kun nå 20/200 vision, hvilket ikke er nok til at læse klart eller køre sikkert – en forundersøgelse af fem patienter er begyndt i Paris, med en anden planlagt senere på året i det østlige USA.

"Vi offentliggjorde det første konceptpapir om, hvordan vi ville gribe dette an for 12 år siden, og nu har vi valideret i menneskelige patienter stort set alle de vigtigste antagelser, vi gjorde på vejen, " sagde Palanker, som også er direktør for Hansen Experimental Physics Laboratory og medlem af Stanford Bio-X og Stanford Neurosciences Institute.

For mange ledninger

Palanker havde været interesseret i, hvordan øjne fungerer, siden hans kandidatstudium i anvendt fysik. Indtil begyndelsen af ​​2000'erne, det meste af Palankers forskning fokuserede på brugen af ​​lasere i øjenkirurgi.

Så lærte han om kunstige nethinder, hjælpemidler beregnet til at behandle patienter, der har mistet nogle af de lysfølsomme celler i deres nethinde på grund af sygdomme som aldersrelateret makuladegeneration eller retinitis pigmentosa.

Men kunstige nethinder, der dengang var under udvikling, havde en række ulemper. For én ting, ingen af ​​dem opnåede en anstændig opløsning. På det tidspunkt, den bedste kunstige nethinde svarede til omkring 20/1200 syn.

Ud over, de fleste enheder i begyndelsen af ​​2000'erne havde brug for mange ledninger. Nogle systemer implanterede et kamera direkte i øjet, hvilket krævede omfattende ledninger bare for at drive den. Andre enheder monterede kameraet på briller og førte billederne gennem et kabel til et elektrodearray placeret på nethinden. Alle muligheder krævede invasive, komplekse kirurgiske og langsigtede vedligeholdelsesproblemer, herunder håndtering af problematiske kabler, der krydsede øjenvæggen, nogle gange påvirker de resterende sunde stænger og kegler.

Leverer lys

Palanker mente, at han kunne gøre det bedre ved at bruge en rent optisk tilgang. Som han forestillede sig det, patienter ville bære specielle beskyttelsesbriller, der ville konvertere omgivende lys til normalt usynlige infrarøde billeder og projicere disse billeder ind i øjet på en måde, der ligner augmented-reality-briller. Fotovoltaiske celler - i det væsentlige små solpaneler - implanteret under de beskadigede dele af nethinden ville opfange de infrarøde billeder og konvertere dem til elektriske signaler, erstatte funktionen af ​​beskadigede stænger og kegler.

"Jeg troede, at øjet er et smukt optisk system, hvor information og kraft kan leveres af lys, og dette ville eliminere behovet for ledninger og gøre operationen meget mindre invasiv, " sagde Palanker. Derudover, det ville være lettere at miniaturisere de solcellesensorer, dermed forbedre opløsningen. Palankers enhed giver også en ekstra fordel:fordi de implanterede sensorer kun ville erstatte beskadigede stænger og kegler, patienter kunne stadig se normalt med de dele af deres nethinde, der ikke var blevet beskadiget.

I 2005 Palanker og kolleger havde offentliggjort en plan for, hvordan deres enhed ville fungere, og i 2008 vandt de en Bio-X frøbevilling for at begynde at bygge en enhed og teste denne idé i gnavere.

Den næste fase

Pixium Vision, virksomheden, der har givet licens til den solcelle-nethindeprotese, eller PRIMA, teknologi i 2013, fremstillede en enhed til mennesker og fik godkendelse til klinisk test i slutningen af ​​2017. Kliniske forsøg startede i sidste måned, og indtil videre er tre patienter blevet implanteret med enheden. De operationer gik godt, Palanker sagde, og patienter rapporterer at se lyse hvide mønstre i deres tidligere beskadigede områder, inden for de opløsningsgrænser, forskerne havde forventet. Der udføres nu grundige tests for at vurdere kvaliteten af ​​dette protesesyn, herunder hvor godt patienter kan skelne forskellige former og bogstaver.

Forskerne står stadig over for vigtige udfordringer – vigtigst af alt, yderligere forbedring af opløsningen. Lige nu, pixels i menneskelige implantater er 100 mikrometer store, og test viste, at 50 mikrometer pixels også fungerer godt, giver rumlig opløsning svarende til omkring 20/200 vision. Til sidst, Palanker vil gerne have det til 20/40 - hvad staten kræver for et kørekort - og laboratoriet forventer at offentliggøre et nyt design for at nå den beslutning senere i år, han sagde. Forskerne udvikler også bedre måder at behandle billeder på, så patienter lettere kan skelne genstande.

"Vi imødekommer et af de største udækkede behov under uhelbredelige blændende forhold, " sagde Palanker. "Det er meget spændende."