Die Zeit ist nicht der Freund deines Körpers. Jahre werden die Farbe Ihrer Haare abtragen, die Elastizität Ihrer Haut abschwächen. Unter diesen vielen Altersunterschieden ist jedoch der potenzielle Verlust des Sehvermögens einer der schlimmsten.
Die Hauptursache für den altersbedingten Sehverlust ist die Makuladegeneration - eine Krankheit, die sich langsam im zentralen Sehvermögen auflöst und ein verschwommenes oder dunkles Loch in der Mitte Ihres Sichtfelds hinterlässt. Die National Institutes of Health schätzt, dass bis 2020 fast drei Millionen Amerikaner über 40 an einem bestimmten Stadium der Krankheit leiden werden. Der Verlust des Sehvermögens ist jedoch nicht auf ältere Menschen beschränkt. Retinitis pigmentosa, eine genetisch vererbte Krankheit, befällt in den Vereinigten Staaten auch etwa 1 von 4.000 Menschen - jung und alt.
Die Krankheiten zielen auf die Photorezeptoren ab, bei denen es sich um stäbchen- und kegelförmige Zellen im Augenhintergrund handelt. Diese Zellen wandeln Licht in ein elektrisches Signal um, das über den Sehnerv zum Gehirn gelangt. Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa zersetzen diese Photorezeptoren. Bei den am weitesten fortgeschrittenen Formen der Krankheit werden viele Aufgaben ohne Hilfe fast unmöglich: Lesen von Texten, Fernsehen, Autofahren und sogar das Erkennen von Gesichtern.
Obwohl die Auswirkungen schwerwiegend sind, ist nicht alle Hoffnung verloren. Der Rest der Neuronen und Zellen der Netzhaut, die die elektrischen Signale übertragen, bleibt oft intakt. Das bedeutet, dass der Körper die resultierenden Signale immer noch verarbeiten kann, wenn Wissenschaftler ein Gerät aufbauen können, das die Funktion der Stäbe und Zapfen im Wesentlichen imitieren kann.
Genau das versuchen Forscher und Entwickler auf der ganzen Welt. Ein Team von Stanford verwendet eine kleine und schlanke Lösung: winzige Fotodiodenimplantate, die einen Bruchteil der Breite eines Haares überdecken und unter dem beschädigten Teil der Netzhaut eingesetzt werden.
„Es funktioniert wie die Sonnenkollektoren auf Ihrem Dach, die Licht in elektrischen Strom umwandeln“, berichtet Daniel Palanker, Professor für Augenheilkunde an der Stanford University, in einer Pressemitteilung über die Arbeit. "Aber anstatt dass der Strom in Ihren Kühlschrank fließt, fließt er in Ihre Netzhaut."
PRIMA besteht aus Netzhautimplantaten, einer Brille mit einer Videokamera und einem Taschencomputer. (Daniel Palanker Lab) Die als PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt) bezeichneten Minutentafeln werden mit einer Brille gepaart, in deren Mitte eine Videokamera eingebettet ist. Die Kamera nimmt Bilder der Umgebung auf und überträgt die Bilder zur Verarbeitung drahtlos auf einen Taschencomputer. Dann strahlen die Brillen die bearbeiteten Bilder in Form von Impulsen aus nahem Infrarotlicht auf die Augen.
Die winzige Anordnung von Silizium- "Solarpanel" -Implantaten mit einem Durchmesser von jeweils etwa 40 und 55 Mikrometern in der neuesten PRIMA-Iteration nimmt das IR-Licht auf und wandelt es in ein elektrisches Signal um, das über das körpereigene Netzwerk von Neuronen in ein elektrisches Signal umgewandelt wird Bild im Gehirn.
Um das Gerät zu testen, implantierte das Team die winzigen PRIMA-Paneele in Ratten und setzte sie dann Lichtblitzen aus. Dabei wurde ihre Reaktion mit Elektroden gemessen, die über den visuellen Kortex implantiert wurden - den Teil des Gehirns, der die Bilder verarbeitet. Unter Verwendung der zu diesem Zeitpunkt entwickelten 70-Mikron-Implantate stellten die Forscher fest, dass die Ratten eine Sehkraft von etwa 20/250 aufwiesen - etwas über der gesetzlichen Blindheit in den USA, was einer Sehkraft von 20/200 entspricht. Dies bedeutet, dass eine Person in 20 Fuß Entfernung sehen kann, was eine Person mit perfekter Sicht in 250 Fuß Entfernung sehen kann, wodurch der größte Teil ihrer Umgebung unscharf wird.
"Diese Messungen mit 70-Mikrometer-Pixeln bestätigten unsere Hoffnung, dass die prothetische Sehschärfe durch den Pixelabstand (oder den Abstand von der Mitte eines Pixels zur Mitte des nächsten Pixels) begrenzt wird. Dies bedeutet, dass wir ihn verbessern können, indem wir die Pixel verkleinern ", Schreibt Palanker per E - Mail. Sie haben bereits drei Viertel der Pixelgröße entwickelt. "Wir arbeiten jetzt an noch kleineren Pixeln", schreibt er.
PRIMA ist natürlich nicht das einzige Team, das dieses Ziel verfolgt. Ein Gerät mit dem Namen Argus II von Second Sight, einem kalifornischen Unternehmen, hat es bereits in den USA auf den Markt gebracht. Es wurde im Februar 2013 von der Food and Drug Administration für Patienten mit schwerer Retinitis pigmentosa zugelassen und ähnelt in seiner Grundausstattung PRIMA. Anstelle eines Solarpanels besteht das Implantat jedoch aus einem Elektrodengitter, das an einem erbsengroßen Elektronikgehäuse und internen Antennen befestigt ist. Eine Brillenkamera nimmt ein Bild auf, das von einem kleinen Computer verarbeitet und dann drahtlos an das Implantat übertragen wird, das elektrische Signale abgibt, um das Bild zu erstellen.
Dieses System weist jedoch mehrere Nachteile auf. Die Elektronik des Implantats ist sperrig und die Antennen können durch Haushaltsgeräte oder andere antennenabhängige Geräte wie Mobiltelefone gestört werden. Das Gerät hat auch eine begrenzte Auflösung und stellt die Sicht ohne zusätzliche Bildverarbeitung auf etwa 20 / 1.260 wieder her. Aufgrund dieser begrenzten Auflösung hat die FDA die Anwendung nur bei Patienten zugelassen, die fast vollständig blind sind.
"Die FDA möchte nicht das Risiko eingehen, die Sehkraft eines Auges zu beeinträchtigen, bei dem bereits einige vorhanden sind, da der Umfang der visuellen Wiederherstellung minimal ist", sagt William Freeman, Direktor des Jacobs Retina Center an der Universität von Kalifornien, San Diego . "Sie können ein bisschen bekommen, aber es ist nicht viel."
Viele weitere Technologien sind ebenfalls in Arbeit. Ein deutsches Unternehmen, die Retinal Implant AG, verwendet einen digitalen Chip, ähnlich wie er in einer Kamera zu finden ist. Aber vorläufige Tests für die Technologie am Menschen wurden gemischt. Freeman ist Teil eines anderen Unternehmens, Nanovision, das Nanodrahtimplantate einsetzt, die kaum größer als eine Lichtwellenlänge sind. Obwohl sie ähnlich wie die Fotodioden von PRIMA arbeiten, sind sie laut Freeman möglicherweise lichtempfindlicher und könnten zukünftigen Patienten helfen, auf Graustufen zu sehen - nicht nur in Schwarzweiß. Die Technologie befindet sich noch in Tierversuchen, um ihre Wirksamkeit zu bewerten.
"Für all diese Technologien gibt es Einschränkungen, die immanent sind", sagt Grace L. Shen, Leiterin des Programms für Netzhauterkrankungen am National Eye Institute. Obwohl Shen nicht direkt in die Prothesenforschung involviert ist, fungiert er als Programmverantwortlicher für eines der Stipendien, die Palankers Arbeit unterstützen.
PRIMA spricht einige der Grenzen elektrodenbasierter Lösungen wie Second Sight an. Obwohl die erzeugten Bilder immer noch schwarzweiß sind, verspricht PRIMA eine höhere Auflösung, ohne dass Kabel oder eine Antenne erforderlich sind. Und weil die Implantate modular aufgebaut sind, können sie für jeden Patienten individuell gekachelt werden. "Sie können so viele einsetzen, wie Sie benötigen, um ein großes Gesichtsfeld abzudecken", sagt Palanker.
Prima ist auch einfacher zu implantieren. Ein Abschnitt der Netzhaut löst sich mit der Injektion von Flüssigkeit. Dann wird im Wesentlichen eine mit den Sonnenkollektoren beladene Hohlnadel verwendet, um die Kollektoren im Auge zu positionieren.
Aber wie bei allen Augenoperationen gibt es Risiken, erklärt Jacque Duncan, Augenarzt an der University of California in San Francisco, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Für die von PRIMA geforderte subretinale Chirurgie gehören zu diesen Risiken Netzhautablösung, Blutungen und Narbenbildung. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Gerät bei falscher Positionierung das restliche Sehvermögen schädigt.
Duncans Einstellung zum neuen Gerät ist jedoch positiv. "Ich denke, das ist eine aufregende Entwicklung", sagt sie. "Der PRIMA-Ansatz birgt ein großes Potenzial für eine Sehschärfe, die mit dem derzeit zugelassenen ARGUS II-Gerät von Second Sight vergleichbar oder sogar besser sein könnte."
Wie Anthony Andreotolla, ein Patient mit einem Argus II-Implantat, CBS Anfang dieses Jahres mitteilte, ist sein Sehvermögen sicherlich eingeschränkt: "Ich kann den Unterschied zwischen einem Auto, einem Bus oder einem Lastwagen feststellen. Ich kann Ihnen nicht sagen, woher das Auto stammt ist. " Aber die Aussicht auf weitere Fortschritte gibt Patienten - einschließlich Andreotolla, der an Retinitis pigmentosa leidet und bis zu seinem 30. Lebensjahr alle Sehkraft verloren hat - Hoffnung für die Zukunft.
PRIMA hat noch einen langen Weg vor sich, bis es marktreif ist. Das Team hat sich mit Pixium Vision aus Frankreich zusammengetan und arbeitet gemeinsam an der Kommerzialisierung. Palanker und seine Miterfinder halten zwei Patente in Bezug auf die Technologie. Der nächste Schritt sind Versuche am Menschen, von denen der erste gerade von der französischen Regulierungsbehörde genehmigt wurde. Die Studien beginnen in kleinen Mengen, nur fünf Patienten, die über einen Zeitraum von 36 Monaten untersucht werden. "Wir wollen sehen, wo die Schwellenwerte und die chirurgischen Probleme liegen", sagt Palanker.
Diese Tests werden als Testgelände für das Gerät dienen, sagt Shen. "Bis sie es wirklich an Menschen getestet haben, konnten wir nicht sicher sein, was die Vorteile sind."
Das Bild auf der rechten Seite zeigt eine 1 mm breite Anordnung, die subretinale in ein Rattenauge implantiert wurde. Das REM-Bild zeigt eine höhere Vergrößerung des Arrays mit 70 & mgr; m-Pixeln, die auf dem retinalen Pigmentepithel in einem Schweineauge platziert sind. Die Farbeinfügung links zeigt ein einzelnes Pixel im hexagonalen Array. (Daniel Palanker Lab) Im Moment, erklärt Shen, ist die visuelle Klarheit, die die Geräte vermitteln, nicht das, was sie für "bedeutungsvolle visuelle Bilder" hält. Dies kann nur durch ein besseres Verständnis der neuronalen Bahnen erreicht werden. "Wenn Sie nur ein paar Drähte haben, macht es kein Radio", sagt sie. "Sie müssen die richtige Verkabelung haben."
Gleiches gilt für das Sehen. Es ist kein Plug-and-Play-System. Nur dann können die Forscher hoffen, durch die Abbildung des gesamten Nervenwegs schärfere Bilder mit Hilfe von Prothesen, vielleicht sogar Farbbildern, zu erzielen.
Palanker stimmt zu. "Die ordnungsgemäße Verwendung der verbleibenden Netzhautschaltungen, um eine möglichst natürliche Netzhautleistung zu erzielen, sollte dazu beitragen, das Sehvermögen der Prothese zu verbessern", schreibt er in einer E-Mail.
Es gibt auch Sehstörungen, bei denen viele dieser Lösungen nicht funktionieren, sagt Freeman. Sehverlust durch Glaukom ist ein Beispiel. "Die inneren Netzhautzellen sind tot, was auch immer Sie stimulieren, es gibt keine Verbindungen zum Gehirn", sagt er.
Aber es gibt Unmengen von Forschern aus allen Bereichen, die die Grenzen unseres Wissens erweitern - Ingenieure, Materialwissenschaftler, Biologen und andere. Obwohl es eine Weile dauern kann, wird wahrscheinlich noch mehr kommen. Genau wie bei unseren Handys und Kameras, so Shen, sind die Systeme in den letzten Jahrzehnten schneller, effizienter und kleiner geworden. "Ich hoffe, dass wir unser Limit noch nicht erreicht haben", fügt sie hinzu.
Der Schlüssel im Moment, sagt Freeman, ist das Managen von Erwartungen. Einerseits versuchen Forscher, den Menschen keine falschen Hoffnungen zu machen. "Andererseits will man den Leuten nicht sagen, dass dies eine hoffnungslose Sache ist", sagt er. "Wir versuchen es und ich denke, irgendwann werden einer oder mehrere dieser Ansätze funktionieren."
