MIS JÄRGMISEKS; Kiip, mis jäljendab võrkkesta, kuid pingutab valgust



Eelmisel nädalal tehti Illinoisis kolmele raske võrkkestahaigusega patsiendile ebatavaline operatsioon: nende silmadesse implanteeriti pisikesed ränikiibid.



Mikrokiibid on kunstlikud võrkkestad, mis on loodud kahjustatud rakkude täitmiseks ja kaotatud nägemise taastamiseks. Veel kolmele kahjustatud võrkkestaga patsiendile siirdati eelmisel aastal sarnaste operatsioonide käigus ränikiibid.

Operatsioonid on osa uuringust, mille on heaks kiitnud Toidu- ja Ravimiamet ja mis võimaldab seadmeid panna 10 vabatahtlikule. 'Esimesed kolm patsienti talusid kiipe aasta aega ilma probleemideta,' ütles laste silmaarst dr Alan Chow, kes koos oma venna Vincentiga kiibi leiutas ja selle väljatöötamist juhib. Dr Chow on räniimplantaati valmistanud Wheatoni osariigis asuva eraettevõtte Optobionics tegevjuht.



Terves silmas muudavad võrkkesta rakud, mis on silmamuna tagaosa vooder, valguse elektrilisteks signaalideks mitmete keemiliste reaktsioonide kaudu. Uus elektrooniline võrkkest, üks paljudest uurimisrühmade poolt üle maailma välja töötatud, jäljendab seda protsessi – see koosneb tuhandetest pisikestest fotodioodidest, mis muudavad valguse footonid elektrilisteks signaalideks. Need signaalid käivitavad võrkkesta ahela jäänused, et edastada signaale ajju nägemisnärvi kaudu.

Dr Chow ütles, et aasta tagasi kiibi saanud patsientidel ei olnud äratõukereaktsiooni ega infektsiooni märke ning implantaadid tekitasid jätkuvalt elektrilist aktiivsust. Ta ütles, et uued patsiendid annavad talle tulemuste hindamiseks suurema statistilise baasi.



Tsiteerides F.D.A. Dr Chow ütles, et ta ei saa avaldada, kas mõne patsiendi nägemine on paranenud. 'Me võrdleme selle teise rühma tulemusi esimese rühma tulemustega ja suhtleme FDA-ga,' ütles ta. Tulemused võidakse avaldada hiljem.

Uuringus osalenud patsiendid põevad pigmentosa retiniiti, haigust, mis kahjustab silma fotoretseptorirakke, mida nimetatakse vardadeks ja koonusteks. Vahetult võrkkesta taha siirdatav ränikiip kasutab varraste ja koonuste funktsiooni imiteerimiseks metallelektroodidele kinnitatud umbes 3500 miniatuurset valgusdetektorit. Valgusdetektorid neelavad langevat valgust ja toodavad väikese koguse elektrit, mis stimuleerib võrkkesta neuroneid.

Kiip on mõeldud mitte ainult pigmentosa retiniidi, vaid ka kollatähni degeneratsiooni, teise fotoretseptoreid mõjutava haiguse raviks. Kunstlik võrkkest ei ole mõeldud glaukoomi ega muude nägemisnärvi viivate närvikiudude kahjustuse korral.

Asendusvõrkkesta läbimõõt on kaks millimeetrit ehk alla kümnendiku tolli ja see on umbes poole paksem kui paberitükk.

Operatsioon kestab umbes kaks tundi, silmavalgesse tehakse sisselõige ja kiip manipuleeritakse võrkkesta all olevasse taskusse.

Teised võrkkesta proteeside kallal töötavad teadlased olid dr Chow töö mõne aspekti suhtes kriitilised. 'Oluline on mõista, et selline uuring on seotud seadmete ohutusega – kas neid kiipe saab implanteerida pimedatele inimpatsientidele ilma nende silmi kahjustamata,' ütles Harvardi oftalmoloogiaprofessor dr Joseph Rizzo. - Harvard-MIT direktor Võrkkesta implantaadi projekt. 'See on täiesti erinev arusaamisest, kas kiibid on kasulikud.'

Dr. Rizzo ja tema rühm väljatöötatav võrkkesta protees stimuleerib ka võrkkesta miljoneid neuroneid. Kuid erinevalt dr Chow subretinaalsest implantaadist, mis asub valgust tuvastavate rakkude lähedal, paikneb Rizzo rühma kiip võrkkesta kihtide lähedal, kus närviimpulsid saadetakse ajju ehk ganglionrakkudesse. Nende prototüüp kasutab signaaliprotsessorit ja prillipaari külge kinnitatud kaamerat, et jäädvustada ja edastada kujutis juhtmevabalt manustatud kiibile, kust see liiguks ajju.

Dr Florian Gekeler Saksamaal Tübingeni ülikooli silmahaiglast on osa subretinaalsete implantaatidega tegelevast Saksa konsortsiumist. Ta ütles, et tema töörühma avaldatud töö näitas, et silma sisenev valgus ei ole piisavalt tugev, et toita fotoelemente võrkkesta neuronite stimuleerimiseks.

'Praegused fotoelemendid kasutavad umbes 16-18 protsenti valguses olevast energiast,' ütles ta, 'nii et ümbritseva ruumi valgus ei saa olla piisav võrkkesta stimuleerimiseks.'

Tübingeni kontserni arendatav seade kasutab läätseraami monteeritud infrapunadioodi, et anda implantaadile piisavalt valgust.

Dr Douglas B. Shire, Cornelli nanotöötlemistehase külalisteadlane, on viimased neli aastat töötanud Harvard-M.I.T. silma sattuvate tegelike struktuuride kallal. võrkkesta proteesi projekt. 'Chow seade töötaks ainult siis, kui valgustaksite patsiendi silma väga eredat valgust, kuid see pole see, mida inimesed taskus kaasas kannavad,' ütles ta.

Dr Mark S. Humayun, Baltimore'i Johns Hopkinsi haigla Wilmeri Oftalmoloogilise Instituudi silmasisese proteeside labori direktor, ütles, et idee asendada vardad ja koonused lihtsate fotodetektoritega oli ahvatlev. 'Lihtne fotodetektor, mis on kinnitatud metallelektroodi külge, mis läbib võrkkesta stimuleerimiseks voolu, on paljuski ideaalne seade,' ütles ta, kuna sellel pole muud energiavajadust peale ümbritseva valguse ja see hõlmab vähe või üldse mitte soojuse hajumist elektroonikast. .

Dr Humayun ütles, et tema rühm oli omal ajal seda lähenemist kaalunud. Ka tema mõistis, et fotodetektorid ei olnud piisavalt tõhusad võrkkesta neuronite, eriti haige või degenereerunud võrkkesta võrkkesta neuronite stimuleerimiseks vajaliku voolu tekitamiseks. 'Nõutav intensiivsus on mitme päikese intensiivsus,' ütles ta.

Selle asemel keskendub tema rühm pildi edastamisele väikesest väliskaamerast siirdatud kiibile. 'Suudame hoida suurt hulka elektroonikat klaasraamis ja seega lihtsustada implanteeritud elektroonikat,' ütles ta. Ta ütles, et selle skeemi kohaselt saab kantavat elektroonikat hõlpsalt asendada või uuendada, ilma et patsienti teist operatsiooni tuleks teha. Nagu dr Rizzo seade, on ka Dr Humayuni seade mõeldud ganglionirakkudesse paigutamiseks.

Dr Chow oli tuttav paljude oma kriitikute vastuväidetega, kuid ütles, et iga katse tegemiseks on erinevaid viise, sealhulgas tema valitud viise. 'Näiteks viis, kuidas Tübingeni rühmitus oma katseid jätkab, näitab mulle, et nad ei pruugi olla õigel teel,' ütles ta.