Retina implantátumok

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2017. január 17-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 24 szerkesztést igényelnek .

implantátumok az orvosbiológiai technológiák  egy osztálya , amelyek képesek az emberi retina pótlására károsodás vagy diszfunkció esetén. A retina implantátumokat jelenleg számos magáncég és kutatóintézet fejleszti szerte a világon. Az implantátum célja, hogy részben helyreállítsa a hasznos látást azoknak az embereknek, akik degeneratív szembetegségek , például retinitis pigmentosa vagy makuladegeneráció miatt veszítették el látásukat . Jelenleg háromféle retina implantátum van klinikai vizsgálatok alatt : epiretinális implantátumok (a retinán), szubretinális implantátumok (a retina mögött) és suprachoroidális implantátumok (a érhártya felett). A retinaimplantátumok lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy kis felbontásban láthasson a fennmaradó retinasejtek elektromos stimulációjával. Az ilyen képek elegendőek lehetnek bizonyos vizuális képességek, például a fényérzékelés és a tárgyfelismerés helyreállításához.

Az Argus II retina implantátum az Egyesült Államokban 2013 februárjában, Európában pedig 2011 februárjában ért el piaci elfogadást, és ez lett az első jóváhagyott implantátum. Az eszköz segíthet a pigmentos retinitisben szenvedő felnőtteknek, akik elveszítették az alakzatok és mozgások észlelésének képességét, hogy mozgékonyabbak legyenek és napi tevékenységeket végezzenek. A retina implantátumként ismert szubretinális eszközt eredetileg Németországban fejlesztették ki. Többközpontú klinikai vizsgálatokat végzett Európában, és 2013-ban megkapta a CE-jelölést , így ez az első vezeték nélküli szubretinális eszköz, amely elnyerte a piaci elfogadást .

Történelem

Förster volt az első, aki felfedezte, hogy az occipitalis kéreg elektromos stimulációja vizuális észlelések, foszfének generálására használható [1] . Az első beültethető stimulátort a látás helyreállítására Dr. Brindley és Lewin fejlesztette ki 1968 -ban [ 2] .  Ez a kísérlet bebizonyította a vizuális észlelések közvetlen elektromos stimulációval történő létrehozásának életképességét, és ez késztette más beültethető eszközök kifejlesztését a látási útvonal stimulálására, beleértve a retina implantátumokat [3] . A retinastimuláló eszközök a kutatás tárgyává váltak, mivel a vakság eseteinek körülbelül a felét a retina károsodása okozza [4] . A retina implantátumok fejlesztését részben a cochlearis implantátumok fejlődése és sikere is motiválta , amelyek bizonyították, hogy korlátozott bemenettel képesek jelentős szenzoros funkciók helyreállítására [5] .  

Jelöltek

A retina implantátumok optimális jelöltjei a retina betegségek, például a retinitis pigmentosa vagy az életkorral összefüggő makuladegeneráció . Ezek a betegségek a retina külső rétegében lévő fotoreceptor sejteket érintve vaksághoz vezetnek , így a retina belső és középső rétege változatlan marad [4] [6] [7] [8] [9] [10] . A páciensnek legalább ép ganglionsejtréteggel kell rendelkeznie ahhoz, hogy jelölt legyen a beültetésre. Ez az optikai koherencia tomográfia (OCT) non-invazív alkalmazásával kimutatható [11] . A retinabeültetésre jelöltek meghatározásakor más tényezőket is figyelembe vesznek, beleértve a maradék látás mennyiségét. Az életkorral összefüggő makuladegenerációban szenvedő betegeknél, akiknek ép perifériás látásuk lehet, a retina implantátumok a látás hibrid formáját eredményezhetik. Ebben az esetben az implantátum kiegészíti a fennmaradó perifériás látást a központi vizuális információval [12] .

A retina implantátumok típusai

A retina implantátumoknak két fő típusa van. Az epiretinális implantátumokat a retina belső felületére , míg a subretinális implantátumokat a retina külső rétege és a retina pigmenthám közé helyezik .

Epiretinális implantátumok

Tervezési alapelvek

Az epiretinális implantátumok a retina belső felületén helyezkednek el, közvetlenül stimulálják a ganglionsejteket, megkerülve a retina összes többi rétegét. Az epiretinális implantátumok egy szilíciumlemezből állnak, a retina belső rétegére elhelyezett platinaelektródákkal. A tömb mikroszögekkel van stabilizálva, az üvegtest enyhe mechanikai nyomásával . Az epiretinális implantátumhoz külső kamera szükséges a képalkotáshoz [12] . A kamera képet kap a környezetről, feldolgozza a képet, és vezeték nélküli telemetriai csatornán keresztül továbbítja a képpel kapcsolatos információkat a beültetett elektródatömbnek. Egy külső adó is szükséges az implantátum folyamatos áramellátásához RF indukciós vagy infravörös lézerek segítségével. A külső kamerát és a képfeldolgozó chipet általában a páciens szemüvegére szerelik [3] . A képfeldolgozás magában foglalja a kép kicsinyítését és a kép térbeli és időbeli stimulációs mintázattá alakítását a megfelelő retinasejtek aktiválása érdekében [4] [12] .

Előnyök

Az epiretinális implantátumok előnye, hogy megkerülik a retina nagy részét , és leállítják a ganglionsejtek működését a retina belső rétegében. Így az epiretinális implantátumok vizuális észlelést biztosíthatnak a retina betegségben szenvedőknél, amelyek túlmutatnak a fotoreceptor rétegen. A legtöbb elektronika képes támogatni a hozzá tartozó külső alkatrészeket, ami lehetővé teszi az implantátum méretének csökkentését és egyszerű frissítések elvégzését további műtétek nélkül [13] . A külső elektronika azt is lehetővé teszi a klinikus számára, hogy teljes ellenőrzést gyakoroljon a képfeldolgozás felett, és a feldolgozást minden egyes pácienshez igazítsa [3] . Ezenkívül az epiretinális implantátumok sajátos elhelyezkedése lehetővé teszi, hogy az üvegtest az implantátum hűtőbordájaként szolgáljon [14] .

Hátrányok

Az epiretinális implantátumok fő hátránya, hogy külső eszközre van szükség, amelyet nehézkes viselni. A külső kamera arra is kényszeríti az alanyt, hogy mozgassa a fejét, amikor a tekintete irányát változtatja. Az epiretinális implantátumok nemcsak a ganglionsejteket, hanem a közeli axonokat is stimulálhatják, amelyek más retinotópiás területekhez kapcsolódhatnak. Ez enyhén torz sablonstimulációhoz vezethet, amelyet elektronikus feldolgozással kell korrigálni [4] . Ezenkívül a ganglionsejtek rétegének stimulálása kifinomultabb képfeldolgozási technikákat igényel, hogy figyelembe vegyék a megkerült retinarétegekkel kapcsolatos hagyományos feldolgozást [3] . Míg az epiretinális implantátum üvegtesti nyomással stabilizálható, további mechanikai rögzítésre lehet szükség mikrokörmök segítségével [15] [16] .

Klinikai vizsgálatok

Az első epiretinális implantátum, az ARGUS egy szilícium lapkát tartalmazott 16 platinaelektródával [12] . Az ARGUS klinikai vizsgálatának I. fázisa 2002-ben kezdődött az eszköz hat résztvevőbe történő beültetésével. Valamennyi beteg a foszfének fényességének és diszkretizációjának növekedéséről számolt be, néhány betegnél a látásfunkció jelentős javulást mutatott az idő múlásával. Az ARGUS jövőbeli verzióit fejlesztik az egyre sűrűbb elektródasorokhoz, amelyek lehetővé teszik a jobb térbeli felbontást. A legújabb ARGUS II készülék 60 elektródát tartalmaz, egy 200 elektródos eszközt pedig az USC Eye Institute szemészei és mérnökei fejlesztenek [17] . Az ARGUS II 2011 februárjában kapott forgalomba hozatali engedélyt (a CE-jelölés biztonságot és teljesítményt mutat), és Németországban, Franciaországban, Olaszországban és az Egyesült Királyságban kapható. A 30 beteg bevonásával végzett hosszú távú vizsgálatok időközi eredményeit az Ophthalmology 2012- ben publikálták . Az Argus II 2013. április 14-én kapta meg az amerikai FDA jóváhagyását. Az FDA Approval Boston Subretinal Implant Project számos funkcionális epiretinális implantátum iterációját is kifejlesztette, és az implantátum működésének elemzésére összpontosított. Egy másik epiretinális eszközt, a betanítható retina implantátumot az IIP technologies GmbH fejlesztette ki, és klinikai vizsgálatokba kezdett . [12] . A negyedik epiretinális eszközt, az EPI-RET-et fejlesztették ki, és hat betegen megkezdődtek a klinikai vizsgálatok. Az EPI-RET 25 elektródát tartalmaz, és az objektívet vevő chipre kell cserélni. Minden alany képes volt különbséget tenni a stimuláció különböző térbeli és időbeli formái között [18] .

Subretinális implantátumok

Tervezési alapelvek

A szubretinális implantátumok a retina külső felületén, a fotoreceptor réteg és a retina pigmenthám között helyezkednek el , közvetlenül stimulálva a retina sejtjeit, a retina belső és középső rétegei által végzett hagyományos feldolgozásra támaszkodva [3] . A szubretinális implantátum rögzítése ezen a helyen viszonylag egyszerű, mivel az implantátumot mechanikailag korlátozza a retina külső rétege és a retina pigmenthámja közötti távolság. A szubretinális implantátum fényérzékeny mikro fotodiódákat tartalmazó szilícium lapkából áll, amelyek közvetlenül a beérkező fényből generálnak jeleket. A retinán áthaladó beeső fény áramokat generál mikrofotodiódákban, amelyek a keletkező áramot közvetlenül a mögöttes retinasejtekbe fecskendezik egy többelektródos tömbön keresztül . A mikrofotodiódák szerkezetét a beeső fény aktiválja, ezáltal stimulálja a bipoláris , vízszintes , amakrin és ganglion sejttípusokat , ami az eredeti beeső kép vizuális észlelését eredményezi. A szubretinális implantátumokhoz elvileg nincs szükség semmilyen külső berendezésre a beültetett mikrofotodióda tömbön kívül. Egyes szubretinális implantátumok azonban külső képerősítő áramkörből táplálkoznak [4] .

Előnyök

A szubretinális implantátumnak van néhány előnye az epiretinális implantátummal szemben a tervezés egyszerűsége szempontjából. A fénykép felvételét, feldolgozását és stimulálását egyetlen chipre szerelt mikrofotodiódák végzik, ellentétben az epiretinális implantátummal, amelyhez külső kamera, feldolgozóchip és több elektróda beültetése szükséges [4] . A szubretinális elhelyezés is leegyszerűsíti a dolgot azáltal, hogy a stimuláló tömböt a sérült fotoreceptorok közvetlen közelébe helyezi [3] [12] . A retina fennmaradó rétegeinek funkcióira támaszkodva a szubretinális implantátumok lehetővé teszik a retina normál belső feldolgozását, beleértve a fokozódást is, ami az általános negatív reakcióküszöb csökkenéséhez vezet [3] . Ezenkívül a szubretinális implantátumok lehetővé teszik a tekintet mozgatását a normál szemmozgások során. A szubretinális implantátumokból származó retinotop stimuláció kezdetben pontosabb, mivel a mikrofotodiódákon beeső fény mintázata közvetlen kép. A szubretinális implantátumok minimális rögzítést igényelnek, mivel a szubretinális tér mechanikailag korlátozott, és a retina pigmenthámja negatív nyomást hoz létre a szubretinális térben [4] .

Hátrányok

A szubretinális implantátumok fő hátránya az a követelmény, hogy a beeső fény szintje elegendő legyen a mikrofotodiódák normál működéséhez. Így a szubretinális implantátumok gyakran tartalmaznak külső áramforrást a beeső fény hatásának fokozására [3] . A szubretinális tér kompakt jellege jelentős korlátozásokat ró az implantátum méretére. Az implantátum és a retina közelsége szintén növeli a retina hőkárosodásának lehetőségét az implantátum által termelt hő miatt [4] . A szubretinális implantátumok a retina ép belső és középső rétegét igénylik, ezért nem alkalmasak olyan retinabetegségekre, amelyek túlnyúlnak a fotoreceptorok külső rétegén. Ezenkívül a fotoreceptorok elvesztése a sérült fotoreceptorok határán membrán kialakulásához vezethet, ami viszont zavarhatja a stimulációt és növelheti a stimulációs küszöböt [12] .

Klinikai vizsgálatok

Az Optobionics volt az első cég, amely kifejlesztette a szubretinális implantátumot és validálta azt klinikai vizsgálatok során. A kezdeti jelentések azt sugallták, hogy a beültetési eljárás biztonságos volt, és a vizsgálatban résztvevők enyhe javulást tapasztaltak a látásfunkciókban és a fényérzékelés részleges visszatérését [19] . Ennek az eszköznek a jelenlegi verzióját 10 betegbe ültették be, akik mindegyike a vizuális részletek, köztük a kontraszt, az alak és a mozgás észlelésének javulásáról számolt be [4] . A németországi Retina Implant AG egy szubretinális implantátumot is kifejlesztett, amelyet kilenc betegen teszteltek klinikailag. A kísérleteket meghibásodások és kudarcok miatt elhalasztották [12] . A Retina Implant AG készülék 1500 mikrofotodiódát tartalmaz, ami nagyobb térbeli felbontást tesz lehetővé, de külső áramforrást igényel. A Retina Implant AG 2013 februárjában az Alpha IMS tanulmányban végzett vizsgálat 12 hónapos eredményeiről számolt be, amelyek azt mutatják, hogy kilenc betegből hatnál a készülék meghibásodott a beültetést követő kilenc hónapon belül, Proceedings of the Royal Society B , és nyolc alanyból öt különböző implantátumról számolt be. -közvetített vizuális észlelések a mindennapi életben. Az egyik látóideg sérült, és nem észlelt stimulációt. [20] . Az összes eddigi klinikai vizsgálat eredményei azt mutatják, hogy a szubretinális implantátumot kapó betegek foszfénérzékelésről számolnak be, néhányan pedig képesek olyan alapvető vizuális feladatok elvégzésére, mint az alakfelismerés és a mozgásérzékelés [12] .

Térbeli felbontás

A retina implantátumtól elvárt látás minősége nagyrészt az implantátum maximális térbeli felbontásán alapul. A jelenlegi retina implantátum prototípusok alacsony felbontású képpixelációra képesek . A "korszerű" retina implantátumok 60-100 csatornát tartalmaznak, ami elegendő a tárgyfelismeréshez és a napi tevékenységekhez. Az így kapott pixeles képek modellezése azonban nem teszi lehetővé, hogy feltételezzük, hogy minden implantátum elektróda érintkezik a kívánt retinasejttel. Így várhatóan ebben az esetben még kisebb a térbeli felbontás, mivel előfordulhat, hogy egyes elektródák nem működnek optimálisan [3] . Olvasási tesztek kimutatták, hogy egy 60 csatornás implantátum teljesítménye elegendő az olvasási képesség részleges helyreállításához, de csak a szöveg jelentős növekedésével [21] . A pixeles képek navigációs képességének mértékét értékelő hasonló kísérletek azt mutatták, hogy a tapasztalt alanyok számára 60 csatorna elegendő, míg a tapasztalatlan alanyok számára 256 csatorna szükséges. Ez a kísérlet tehát nemcsak az alacsony felbontású vizuális visszacsatolás által biztosított funkcionalitást demonstrálta, hanem azt is, hogy az idő múlásával alkalmazkodni és fejlődni lehet [22] . Ezek a kísérletek azonban csak normál alanyok gyengén látásának szimulációin alapulnak, és nem beültetett betegek klinikai vizsgálatain. A beültetett alanyoknál az olvasáshoz vagy a szobai navigációhoz szükséges elektródák száma változhat, és ezeknél a betegeknél további vizsgálatokat kell végezni az adott vizuális feladatokhoz szükséges térbeli felbontás meghatározásához.

A szimulációs eredmények azt mutatják, hogy 600-1000 elektródára lenne szükség sokféle feladat elvégzéséhez, beleértve az olvasást, az arcfelismerést és a helyiségben való navigációt [3] . Így a retina implantátumok meglévő térbeli felbontását 10-szeresére kell növelni, míg a meglévő implantátumok felbontása túl alacsony ahhoz, hogy a megfelelő vizuális funkciókat helyreállítsa ezekhez a feladatokhoz.

Jelenlegi állapot és fejlődési kilátások

Az eddigi klinikai jelentések vegyes sikert mutattak, minden beteg legalább némi fényérzésről számolt be az elektródákból, és kisebb részben megnövekedett vizuális funkcióról, például világos és sötét területek azonosításáról. A klinikai jelentések azt mutatják, hogy a retina implantátumok még alacsony felbontás mellett is hasznosak lehetnek abban, hogy némi látást biztosítsanak azoknak az embereknek, akiknek egyébként nem lenne ilyen [12] . Továbbra is tisztázatlan a látásszint csökkenés mértéke, amikor retina implantátumokat alkalmaznak a műtéti eljárással járó kockázatok kiegyensúlyozására, különösen az ép perifériás látású betegek esetében. A retina implantátumok számos más szempontját is figyelembe kell venni a további vizsgálatok során, beleértve az implantátumok hosszú távú stabilitását és a retina neuroplaszticitását hosszú távú stimuláció hatására [4] .

Jegyzetek

  1. O. Foerster. Beitrage zur Pathophysiologie der Sehbahn und der Sehsphare  (német)  // Journal fur Psychologie und Neurologie: magazin. - 1929. - Bd. 39 . - S. 463-485 .
  2. G. Brindley, W. Lewin. A látókéreg elektromos stimulációja által keltett érzés  //  Journal of Physiology : folyóirat. - 1968. - 1. évf. 196 . - P. 479-493 .
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J. Weiland, T. Liu, M. Humayun. Retina protézis  (neopr.)  // Annual Review of Medicinal Engineering. - 2005. - T. 7 . - S. 361-401 . - doi : 10.1146/annurev.bioeng.7.060804.100435 .
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E. Zrenner. A retina implantátumok visszaállítják a látást? (angol)  // Tudomány. - 2002. - 20. évf. 295 . - P. 1022-1025 . - doi : 10.1126/tudomány.1067996 .
  5. F. Zeng. A cochleáris implantátumok trendjei. (angol)  // Trends in Amplification : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 8 , sz. 1 . - P. 1-34 . - doi : 10.1177/108471380400800102 .
  6. J. Stone, W. Barlow, M. Humayun, E. deJuan Jr., A. Milam. Macula fotoreceptorok és ganglionsejtek morfometriai elemzése retinitis pigmentosa esetén  (angol)  // Archives of Ophthalmology : folyóirat. - 1992. - 1. évf. 110 . - P. 1634-1639 . - doi : 10.1001/archopht.1992.01080230134038 .
  7. A. Santos, M. Humayun, E. deJuan Jr., R. Greenburg, M. Marsh, I. Klock stb. al. A belső retina megőrzése retinitis pigmentosa esetén: morfometriai elemzés  (angol)  // Archives of Ophthalmology : folyóirat. - 1997. - 1. évf. 115 . - P. 511-515 . - doi : 10.1001/archopht.1997.01100150513011 .
  8. M. Humayun. Az extramacularis retina morfometriai elemzése retinitis pigmentosa-val járó post mortem szemekből   // Investigative Ophthalmology and Visual Science : folyóirat. - 1999. - 1. évf. 40 . - P. 143-148 .
  9. S. Kim, S. Sadda, M. Humayun, E. deJuan Jr., B. Melia, W. Green. A makula morfometriai elemzése az életkorral összefüggő makuladegeneráció miatti földrajzi sorvadással rendelkező szemekben  (angol)  // Retina : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 46 . - P. 4-10 .
  10. S. Kim, S. Sadda, J. Pearlman, M. Humayun, E. deJuan Jr., B. Melia stb. al. A makula morfometriai analízise diszdiform időskori makuladegenerációval rendelkező szemekben  (angol)  // Retina : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 47 . - P. 1-7 .
  11. T. Matsuo, N. Morimoto. A látásélesség és a perimakuláris retinarétegek optikai koherencia-tomográfiával detektált retinitis pigmentosa-ban szenvedő betegeknél   // Kivizsgáló szemészet és látástudomány : folyóirat. - 2007. - Vol. 91 . - P. 888-890 . - doi : 10.1136/bjo.2007.114538 .
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 G. Chader, J. Weiland, M. Humayun. Mesterséges látás: retina elektronikus protézis szükségletei, működése és tesztelése  (angol)  // Progress in Brain Research: Journal. - 2009. - 1. évf. 175 . - P. 0079-6123 .
  13. W. Liu, K. Vichienchom, M. Clements, C. Demarco, C. Hughes, C. McGucken stb. al. Neurostimulus chip telemetriai egységgel retina protézishez  (angol)  // IEEE Solid-State Circuits : Journal. - 2000. - Vol. 35 , sz. 10 . - P. 1487-1497 . - doi : 10,1109/4,871327 .
  14. D. Piyathaisere, E. Margalit, S. Chen, J. Shyu, S. D'Anna, J. Weiland stb. al. Hőhatások a retinára  (neopr.)  // Szemsebészet, lézerek és képalkotás. - 2003. - T. 34 , 2. sz . - S. 114-120 .
  15. A. Majji, M. Humayun, J. Weiland, S. Suzuki, S. D'Anna, E. deJuan Jr. Az inaktív epiretinális elektródasor beültetésének hosszú távú szövettani és elektrofiziológiai eredményei kutyákban  // Vizsgáló Szemészet és Vizuális  Tudomány : folyóirat. - 1999. - 1. évf. 40 , sz. 9 . - P. 2073-2081 .
  16. P. Walter, P. Szurman, M. Vobig, H. Berk, H. Ludtke-Handjery, H. Richter, et. al. Elektromosan inaktív epiretinális mikroelektródák sikeres hosszú távú beültetése nyulakban  (angol)  // Retina : folyóirat. - 1999. - 1. évf. 19 , sz. 6 . - P. 546-552 . - doi : 10.1097/00006982-199911000-00012 .
  17. M. Humayun, J. Weiland, G. Fujii, R. Greenberg, R. Williamson, J. Little stb. al. Vizuális észlelés krónikus mikroelektronikus retinaprotézissel rendelkező vak alanynál  (angol)  // Látáskutatás : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 43 . - P. 2573-2581 . - doi : 10.1016/s0042-6989(03)00457-7 .
  18. S. Klauke, M. Goertz, S. Rein, D. Hoehl, U. Thomas, R. Eckhorn, F. Bremmer, T. Wachtler. A vezeték nélküli intraokuláris epiretinális implantátummal végzett stimuláció vizuális észlelést vált ki vak emberekben  // Nyomozó szemészet és vizuális  tudomány : folyóirat. - 2011. - 20. évf. 52 , sz. 1 . - P. 449-455 . - doi : 10.1167/iovs.09-4410 .
  19. A. Chow, V. Chow, K. Packo, J. Pollack, G. Peyman, R. Schuchard.  Mesterséges szilikon retina mikrochip a retinitis pigmentosa  okozta látásvesztés kezelésére // Archives of Ophthalmology : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 122 . - P. 1156-1157 .
  20. J. Rizzo III, J. Wyatt Jr., J. Lowenstein, S. Kelly, D. Shire. Az emberi retina mikroelektródasorral történő elektromos stimulációjának észlelési hatékonysága rövid távú sebészeti vizsgálatok során  // Vizsgáló  Szemészet és Vizuális Tudomány : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 44 . - P. 5362-5369 . - doi : 10.1167/iovs.02-0817 .
  21. A. Fornos, J. Sommerhalder, M. Pelizzone. Olvasás szimulált 60 csatornás implantátummal  (neopr.)  // Frontiers in Neuroscience. - 2011. - T. 5:57 Epub 2011 május 2 .
  22. G. Dagnelie, P. Keane, V. Narla, L. Yang, J. Weiland, M. Humayun. Valós és virtuális mobilitási teljesítmény szimulált protetikus látásban  (angol)  // Journal of Neural Engineering : folyóirat. - 2007. - Vol. 4 , sz. 1 . - P. S92-101 . - doi : 10.1088/1741-2560/4/1/s11 .