Das Glaukom, eine Gruppe von Krankheiten, die den Sehnerv schädigen, betrifft mehr als zwei Millionen Amerikaner und ist die zweithäufigste Erblindungsursache der Welt.
Personen, bei denen das Risiko besteht, an der Krankheit zu erkranken - in der Regel Personen über 60 Jahre oder Personen mit familiärer Vorgeschichte -, gehen in der Regel drei- oder viermal im Jahr zu ihren Ärzten, um sich untersuchen zu lassen. Tueng Shen, Professor für Augenheilkunde an der University of Washington, sagt, das sei nicht gut genug.
"[Aktuelle Methoden] schränken unsere Fähigkeit ein, Personen zu untersuchen, und manchmal entdecken wir Änderungen erst lange nach ihrem Auftreten", sagt sie.
Ihre Lösung, die sie gemeinsam mit ihrem Kollegen Karl Böhringer entwickelte: Ein Prototyp-Implantat, das in Echtzeit auf Frühwarnzeichen untersucht, damit Ärzte proaktiver als je zuvor mit der Behandlung beginnen können.
Außerhalb der künstlichen Retina auf Fotodiodenbasis ist dies der erste Versuch, einen elektronischen Sensor direkt in ein Auge zu implantieren. Die engsten Forscher und Unternehmen sind gekommen, um Informationen in Kontaktlinsen einzubetten. Ein an der Universität von Michigan entwickeltes System bietet dem Träger Nachtsicht, und eines von Google verwendet Sensoren zur Überwachung des Glukosespiegels.
Die Hauptursache für ein Glaukom ist ein durch Flüssigkeitsansammlung verursachter Druckanstieg im Auge. Der zusätzliche Druck kann den Sehnerv irreparabel schädigen und seine Funktion beeinträchtigen.
Während eines herkömmlichen Glaukom-Screenings betäubt ein Arzt das Auge des Patienten und bringt einen kleinen Luftstoß auf. Die Kraft drückt auf die Hornhaut, was den Druck im Auge anzeigt.
"Es ist sehr ähnlich, wie man sieht, wie gut ein Basketball [aufgeblasen] ist", erklärt Shen. "Du drückst es."
Laut Shen kann sich der Druck jedoch schnell ändern, was bedeutet, dass die Patienten regelmäßiger überwacht werden sollten.
"Es ist wie das Testen von Blutzucker", sagt Shen. „Es ist ein fortschrittlicher Prozess. Es sind der Aufstieg und Fall und der Aufstieg und Fall und die allgemeine Unstetigkeit, die Schaden anrichten. “
Normalerweise würde ein Patient viel Zeit benötigen, um ein Problem selbst zu erkennen. Druckinkonsistenzen müssen extrem und lang anhaltend sein, bevor ein Patient irgendwelche auffälligen Symptome, einschließlich extremer Schmerzen und Erbrechen, hat.
Ein Implantat würde es Ärzten ermöglichen, das Problem zu überwachen und die Behandlung zu beginnen, bevor es zu spät ist, sagt Shen.
Böhringer, der das Gerät mit Shen entwickelt hat, sagt, der Aufbau des Implantats sei sehr einfach: Es bestehe aus einem Drucksensor, einem kleinen Prozessor und einer Antenne. Die Forscher beabsichtigen, es während einer Kataraktoperation in eine künstliche Linse einzubetten, wonach die Antenne, die um den Umfang der Linse gewickelt ist, Daten vom Sensor an ein externes Gerät überträgt.
Dieselbe Antenne sammelt auch Energie, um den Chip drahtlos mit Strom zu versorgen - ähnlich wie beim Entsaften einer elektrischen Zahnbürste.
Die Forscher entwickelten den Sensor so, dass er problemlos in vorhandene Kataraktimplantate passt. (Universität von Washington) Böhringer geht davon aus, dass ein externes Steuergerät, das möglicherweise die Größe eines Mobiltelefons hat, Strom liefert und Druckdaten sammelt und überträgt.
"Vielleicht könnte ein zukünftiges Mobiltelefon selbst die Fähigkeit haben", meint er, "aber das ist etwas, worüber wir nachdenken müssten."
Da das System für die Einbettung in vorhandene Kataraktimplantate ausgelegt ist, müssen Patienten keine zusätzlichen Operationen durchführen. Es ist ein guter Ausgangspunkt, sagt Shen, da die Risikofaktoren für beide Krankheiten ähnlich sind. Ärzte führen jedes Jahr etwa drei Millionen Kataraktoperationen durch, eine Zahl, die laut Forschungsergebnissen in den kommenden Jahrzehnten stetig zunehmen wird.
Beide Professoren betonen schnell, dass ihr Implantat noch ein Prototyp oder ein Proof of Concept ist.
"Das ist noch nicht fertig für die Implantation", sagt Böhringer. "Es verfügt nur über alle Komponenten, die zeigen, dass es machbar ist."
Ihr Prototyp ist auch viel größer als ein In-vivo-Implantat sein müsste; Es wird in Zentimetern gemessen und muss auf Millimeter verkleinert werden, damit es in das Auge passt.
Es könnte bis zu fünf Jahre dauern, bis sie für menschliche Tests bereit sind, sagt Böhringer. Anwendungen für das System von Shen und Böhringer könnten sich jedoch möglicherweise über das Glaukom hinaus erstrecken. Der Sensor kann bereits Temperaturänderungen erkennen, so dass er unter Umständen Änderungen vornehmen kann, um unter anderem den Säuregehalt des Auges zu messen.
"Dies ist eher eine Plattform", sagt Shen, "wir bauen eine Grundlage auf - eine ganze Reihe verschiedener Wege, um mit der Gesundheit umzugehen."
