A látóprotézis , más néven bionikus szem , egy kísérleti vizuális eszköz, amelyet a teljes vagy részleges vakságban szenvedők látásfunkcióinak helyreállítására terveztek. Számos eszközt fejlesztettek ki cochleáris implantátum és neuroprotézis technológiák felhasználásával . Az elektromos áram (például a retina elektromos stimulációja) használatára vonatkozó ötletek a látás helyreállítására a 17. századból származnak. Benjamin Franklin, Tiberius Cavallo és Charles Leroy beszélt róluk. [1] [2] [3]
Az a képesség, hogy egy vak személy bionikus szemmel láthasson, a látásvesztést okozó körülményektől függ. A retina protézis a leggyakoribb vizuális protézis. Ez a protézis a fotoreceptor -degeneráció miatti látásvesztésben szenvedő betegek számára a legalkalmasabb . A siker esélye megnő, ha a beteg látóidegét a vakság kialakulása előtt fejlesztették ki. Előfordulhat, hogy a veleszületett vakságban szenvedőknek nincs teljesen kifejlett látóidegük, bár a neuroplaszticitás lehetővé teszi az ideg kialakulását az implantátum beültetése után. [négy]
A látásprotéziseket potenciálisan értékes segédeszközként fejlesztik a látássérült emberek számára. A Dél-Kaliforniai Egyetemmel (USC) közösen kifejlesztett és a Second Sight Medical Products Inc. által gyártott Argus II jelenleg az egyetlen ilyen eszköz, amely megkapta a forgalomba hozatali engedélyt (2011-ben CE-jelölést). [5] A legtöbb egyéb projekt fejlesztés alatt áll.
Mark Humayun, Eugene DeJuan, Howard D. Phillips, Wentai Liu és Robert Greenber voltak az aktív vizuális protézis első feltalálói. [6] Bebizonyították, hogy koncepciójuk működött a Johns Hopkins Egyetem betegvizsgálatai során . Az 1990-es évek végén Greenberg megalapította a Second Sight-ot egy orvostechnikai eszközöket gyártó vállalkozóval. [7] Az első generációs implantátumuk 16 elektródát tartalmazott, és 2002 és 2004 között használták az USC -n. [8] 2007-ben a cég elkezdte tesztelni második generációs 60 elektródás implantátumát, amelyet Argus II-nek kereszteltek el. [9] 4 országból 30 ember vett részt a teszteken. 2011 tavaszán egy 2012-ben közzétett klinikai vizsgálat eredményei alapján [10] az Argus II-t engedélyezték kereskedelmi használatra Európában, és a Second Sight piacra dobta a terméket. Az Egyesült Államokban az Argus II-t 2013. február 14-én tanúsították. A National Eye Institute, az Energy Department és a National Science Foundation támogatta a Second Sight fejlesztését. [tizenegy]
Claude Veraart, a Louvain Egyetem munkatársa kifejlesztett egy protézist, amely egy feltekert mandzsettaelektróda a szem hátsó részén található látóideg körül. A tervek szerint a stimulátornak jeleket kell fogadnia a külső kamerától, amelyeket elektromos jelekké alakítanak át, és közvetlenül stimulálják a látóideget.
A beültethető miniatűr teleszkóp, bár nem aktív protézis, a vizuális implantátumok egyik típusa, amely előrehaladott makuladegeneráció kezelésére használható . [12] [13] Ezt a fajta eszközt a szembe ültetik, amivel (körülbelül háromszorosára) növelik a retinára vetített kép méretét. [tizennégy]
Példa erre a VisionCare Ophthalmic Technologies által épített teleszkóp. Akkora, mint egy borsó, és az írisz mögé ültetik be. A képet a központi retina egészséges területeire vetítik, a degenerált makulán kívül , és felnagyítják, hogy csökkentsék a vakfolt látásra gyakorolt hatását. A 2,2-szeres vagy 2,7-szeres nagyítási arány lehetővé teszi egy érdekes tárgy megtekintését vagy megkülönböztetését, miközben a másik szemet a perifériás látáshoz használják. Az implantátummal rendelkező szem mellékhatásként korlátozott perifériás látást fog okozni. Az eszközt használó betegeknek továbbra is szükségük lehet szemüvegre az optimális látás érdekében. A műtét előtt a betegeknek először egy kézi távcsövet kell kipróbálniuk, hogy kiderüljön, javítja-e a látásukat. Az egyik fő hátránya, hogy szürkehályog műtéten átesett betegeknél nem alkalmazható. Ezenkívül a teleszkóp felszereléséhez nagy bemetszést kell végrehajtania a szaruhártya belsejében. [tizenöt]
1995-ben a tübingeni Egyetemi Szemkórházban megkezdődött a szubretinális retina protézisek fejlesztése. A retina alá mikrofotodiódákkal ellátott chipet helyeztek, amely érzékelte a fényt és elektromos jelekké alakította át, amelyek természetes folyamatként stimulálják a ganglionsejteket az ép retina fotoreceptoraiban. A természetes fotoreceptorok sokkal hatékonyabbak, mint a fotodiódák, és a látható fény nem elég erős az MPDA stimulálásához. Ezért külső tápegységet használnak a stimulációs szint növelésére. Az első kísérletek mikromalacokon és nyulakon 2000-ben kezdődtek, és csak 2009-ben 11 betegbe ültettek be implantátumokat egy klinikai kísérleti vizsgálat részeként. Az első eredmények biztatóak voltak – a legtöbb beteg képes volt megkülönböztetni a nappalt az éjszakától, néhányan még tárgyakat is felismertek – csészét, kanalat, és követték a nagy tárgyak mozgását. [16] Az első beültetésre az Egyesült Királyságban 2012 márciusában került sor, és Robert McLaren az Oxfordi Egyetemen és Tim Jackson a Londoni Királyi Kórházban végezte őket. [17] [18] 2017-ben a Retina Implant AG Németország által gyártott Alpha IMS 1500 elektródával rendelkezett, mérete 3 × 3 mm, vastagsága 70 mikron. Miután a retina alá helyezték, ez szinte minden beteg számára lehetővé teszi a fényérzékelés bizonyos mértékű helyreállítását. [19]
Joseph Rizzo és John Wyatt Massachusettsből 1989-ben kezdtek kutatni a retinaprotézis megvalósíthatóságával kapcsolatban, és 1998 és 2000 között vak önkénteseken tesztelték a stimulációt. Azóta kifejlesztették a szubretinális stimulátort, egy elektródakészletet, amelyet a retina alá helyeznek, és egy szemüvegre szerelt kamera képjeleit fogadja. A stimulátor chip dekódolja a kamera által továbbított képinformációkat, és ennek megfelelően stimulálja a retina ganglionsejteket. A második generációs protézis adatokat gyűjt, és rádiófrekvenciás mezőkön keresztül továbbítja az implantátumhoz egy szemüvegre szerelt adótekercsről. A vevő másodlagos tekercsét az írisz köré varrják. [húsz]
Alan Chow és Vincent Chow testvérek kifejlesztettek egy 3500 fotodiódát tartalmazó mikrochipet, amelyek érzékelik a fényt, és elektromos impulzusokká alakítják át. Stimulálják az egészséges retina ganglion sejteket. Az ASR nem igényel külső eszközöket. Az ASR mikrochip egy 2 mm átmérőjű szilícium chip (ugyanaz a koncepció, mint a számítógépes chipeknél), 25 mikron vastag, és 5000 mikrofotodiódának nevezett mikroszkopikus napelemet tartalmaz, mindegyik saját stimuláló elektródával. [21]
Daniel Palanker és csoportja a Stanford Egyetemen nem fejlesztett ki fotovoltaikus rendszert, amely szintén „bionikus szem”. A rendszer egy szubretinális fotodiódát és egy videoszemüvegre szerelt infravörös képvetítő rendszert tartalmaz. [22] A videokamerából származó információkat egy zsebszámítógép dolgozza fel, és impulzusos infravörös (850-915 nm) videoképen jeleníti meg. Az infravörös kép a szem természetes optikáján keresztül a retinára vetül, és aktiválja a szubretinális implantátumban található fotodiódákat, amelyek a fényt impulzusos kétfázisú elektromos árammá alakítják minden egyes pixelben. [23] Az egyes pixelekben az aktív és a visszatérő elektródák között a szöveten átfolyó elektromos áram stimulálja a közeli belső retina neuronjait, elsősorban a bipoláris sejteket, amelyek serkentő válaszokat közvetítenek a retina ganglionsejtek felé. Ezt a technológiát a Pixium Vision kereskedelmi forgalomba hozza, és 2018-tól klinikai vizsgálatokon megy keresztül.
Egy ausztrál csapat Anthony Burkitt professzor vezetésével két retinaprotézist fejleszt. A Wide-View készülék az új technológiákat olyan anyagokkal ötvözi, amelyeket más klinikai implantátumoknál sikeresen alkalmaztak. Ez a megközelítés magában foglalja a 98 stimuláló elektródával ellátott mikrochipet, és célja a betegek mobilitásának növelése, hogy segítsen nekik biztonságosan navigálni a környezetükben. Ezt az implantátumot a szuprachoroidális térbe kell behelyezni. Az első pácienstesztek ezzel a készülékkel 2013-ban kezdődtek.
A Bionic Vision Australia konzorcium egy High-Acuity készüléket fejleszt, amely egy sor új technológiát tartalmaz a mikrochip és az 1024 elektródás implantátum kombinálására. Az eszközt úgy tervezték, hogy javítsa a látást, és segítsen olyan feladatokban, mint az arcfelismerés és a nagybetűs olvasás. A bionikus vizuális rendszer tartalmaz egy kamerát, amely rádiójeleket továbbít a szem hátsó részén található mikrochipre. Ezek a jelek elektromos impulzusokká alakulnak, amelyek stimulálják a retina és a látóideg sejtjeit. Ezután átkerülnek az agykéreg vizuális területeire, és olyan képpé alakítják, amelyet a beteg lát.
Az Ausztrál Kutatási Tanács 2009 decemberében 42 millió USD támogatást ítélt oda a Bionic Vision Australia számára, és a konzorcium hivatalosan 2010 márciusában indult. [24]
A Dobelle Eye funkciója hasonló az MIT Retinal Implan készülékéhez, azzal a különbséggel, hogy a stimulátor chip a látókéregben található , nem pedig a retinán. Az első benyomások az implantátumról nem voltak rosszak. Még fejlesztési stádiumban, Dobel halála után úgy döntöttek, hogy ezt a projektet kereskedelmi helyett állami finanszírozásúvá alakítják. [25]
A chicagói Illinois Institute of Technology Idegprotézis Laboratóriuma intrakortikális elektródák segítségével vizuális protézist fejleszt. A Dobel rendszerhez hasonlóan az intrakortikális elektródák alkalmazása jelentősen növelheti a stimulációs jelek térbeli felbontását. Ezen kívül vezeték nélküli telemetriai rendszert fejlesztenek ki, hogy kiküszöböljék a koponyán keresztüli (intrakraniális) vezetékek szükségességét. Az aktivált irídium-oxid filmréteggel (AIROF) bevont elektródákat a látókéregbe ültetik be, amely az agy occipitalis lebenyében található. [26] A kültéri egység rögzíti a képet, feldolgozza, és utasításokat generál, amelyeket aztán telemetriai kapcsolaton keresztül továbbít a beültetett modulokhoz. Az áramkör dekódolja az utasításokat és stimulálja az elektródákat, ezzel pedig stimulálja a látókérget. A csoport külső képalkotó rendszer-érzékelőket fejleszt, amelyek a rendszerbe épített speciális beültethető modulokat kísérik. Jelenleg állatkísérletek és humán pszichofizikai vizsgálatok folynak, hogy teszteljék a beültetés megvalósíthatóságát önkéntesekben. [27]
2014-ben Oroszországban megkezdődtek az első olyan műtét előkészítése, amelynek során vak betegekbe bionikus szemet ültettek be. Az oroszországi FMBA erre a célra az Argus II protézist választotta. A felkészülés több évig tartott. Egy protézisgyártó orosz berendezéseket tesztelt, és önkéntesek toborzását hirdették meg, hogy megfelelő pácienst találjanak. A műveletet Alisher Usmanov "Művészet, Tudomány és Sport" jótékonysági alapítványa finanszírozta. [28]
Az Orosz Nemzeti Orvosi Kutatóegyetem Szemészeti Kutatóközpontjában végezték el Oroszországban az első olyan műtétet, amelyben egy siketvak betegbe ültettek be Argus II protézist. N.I. Pirogov a központ igazgatója, Hristo Perklovics Takhchidi professzor irányítása alatt. Az első beteg egy cseljabinszki lakos volt, Uljanov Grigorij Aleksandrovics. [29]
Az első műtét után az orosz egészségügyi minisztérium bejelentette, hogy tervezi az ilyen jellegű segítségnyújtást az ingyenes high-tech segítségnyújtási programokba. Ehhez az osztály képviselője szerint még mintegy tucatnyi műtét elvégzése, rehabilitációs rendszer kialakítása szükséges. Ezenkívül azt tervezték, hogy Oroszországban saját vizuális protéziseket gyártanak. [28]