Trådløst trykfølende øjeimplantat kan hjælpe med at forhindre blindhed

Forskere ved Caltech har udviklet en implanterbar tryksensor, der kan sidde i det menneskelige øje i årevis ad gangen, mens den trådløst sender data om øjets helbred til patienten eller læger. Implantatet kunne gøre det lettere at forhindre en af ​​de førende årsager til blindhed.

"Ved at samle ny emballage og mikroelektroniske teknologier, og i tæt samarbejde med øjenlæger, vi var i stand til at designe en miniaturiseret, fuldt trådløs, og meget følsom sensor, "siger Azita Emami, Caltechs Andrew og Peggy Cherng professor i elektroteknik og medicinsk teknik og en efterforsker fra Heritage Medical Research Institute, og papir medforfatter.

Sensoren er designet til at overvåge øjnene hos patienter med glaukom, en sygdom, der forårsager gradvist tab af syn, normalt som følge af for højt tryk inde i øjet. Grøn stær er den næsthyppigste årsag til blindhed efter grå stær, påvirker 65 millioner mennesker verden over.

Patienter med risiko for glaukom skal regelmæssigt besøge en øjenlæge for at få deres intraokulære tryk (øjetryk) kontrolleret, normalt med en enhed kaldet et tonometer. Et tonometer presser et lille prisme mod øjets overflade og bestemmer trykket indeni ved at måle, hvor meget overfladen afbøjer, lidt ligesom en person, der klemmer en basketball med fingrene for at se, om den er tilstrækkeligt oppustet.

Tonometre betragtes som guldstandarden til måling af øjentryk, men de har den ulempe, at de kun kan måle tryk, mens patienten er hos lægen. Det giver et problem, fordi øjentrykket svinger i løbet af dagen, og hvis trykstigninger opstår på tidspunkter uden for, når en patient skal til kontrol, deres læge vil ikke vide, at de forekommer. Indgrebet kræver også brug af lokalbedøvelse.

Aubrey Shapero og Abhinav Agarwal (MS '14)—Caltech Engineering and Applied Science kandidatstuderende, der arbejder i laboratorierne i Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen professor i elektroteknik og medicinsk teknik, og Emami – har skabt en enhed, der kan overvåge øjentrykket kontinuerligt.

"Med vores trådløse implanterede enhed, en patient kunne aflæse deres øjentryk når som helst, så ofte de vil, "siger Agarwal, medforfatter til papiret, der beskriver deres implantat. "At fange forhøjet øjentryk tidligt ville give lægen mulighed for at ændre behandlingen, hvis det er nødvendigt for at forhindre yderligere tab af synet."

Enheden er lidt mindre end en krone og er implanteret på et sted på det hvide i øjet, hvor det ikke vil forstyrre synet. Den består af en tryksensor, styrekredsløb, og en antenne. Implantatet har ikke batteri, gør den lille og langvarig. Under en læsning, radiobølger fra en håndholdt scanner modtages af antennen og genererer en lille spænding, der midlertidigt tænder for enheden, som så tager en trykaflæsning og sender signalet tilbage til læseren ved hjælp af samme antenne.

Et stort fremskridt med enheden er dens funktionelle levetid - så længe som fire år ifølge fremskrivninger baseret på accelereret laboratorietest. Andre forsøg på at bygge lignende enheder er blevet dæmpet af det barske miljø inde i menneskekroppen. Mellem væsker, der korroderer elektronik og sensorer, der tilsmudses af vævsvækst, andre enheder, der tidligere er udviklet både hos Caltech og andre steder, fungerede højst i en måned, før de skulle fjernes.

Caltech-teamet overvandt dette problem ved at indkapsle deres enhed i en specialiseret belægning, der består af en silikone-olieboble omgivet af en biokompatibel polymer kaldet parylen.

"Indkapslingsteknikken, som vi kalder 'parylen-på-olie, ' er vores vigtigste gennembrud, "Siger Shapero. "Kombinationen af ​​flydende silikoneolie og parylen viser langt større trykaflæsningsstabilitet og korrosionsbeskyttelse end blot silikonegel eller parylen alene.

Enheden kan også modificeres til at give behandling ved at tilføje en ventil, der frigiver små mængder væske som tårer, når trykket stiger for højt, siger Shapero.

"Vi ville oprette en 'smart' glaukomdræneringsenhed, hvor et enkelt implantat kunne måle øjentryk og lindre for stort tryk, " siger han. "På lang sigt, vi vil gerne bygge et lukket kredsløb, som kunne justere flowet gennem ventilen automatisk afhængigt af trykaflæsningen."

Forskerne siger, at de håber på at fortsætte med at udvikle enheden og kunne begynde at teste den på patienter i løbet af de næste mange år.

"Vi forbereder os på yderligere test med vores samarbejdspartnere på Keck School of Medicine of USC, og vi sigter til sidst på at komme til kliniske forsøg med mennesker og FDA -godkendelse til brug hos patienter, " siger Agarwal.

Papiret, med titlen, "En trådløs, Lavt træk, Implanterbar intraokulær tryksensor med parylen-på-olie indkapsling, " blev præsenteret på IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) i San Diego i april. Den er blevet offentliggjort i IEEE Xplore database.