Tid er ikke din krops ven. År vil slette farven på dit hår, sløje hopperne i dine led, slette din huds elasticitet. Blandt disse mange indigniteter i alderen er en af de værste imidlertid det potentielle synstab.
Den førende årsag til aldersrelateret synstab er makuladegeneration - en sygdom, der langsomt spiser væk ved det centrale syn og efterlader et sløret eller mørkt hul midt i dit synsfelt. De nationale institutter for sundhed estimerer, at i 2020 næsten tre millioner amerikanere over 40 år vil lide af et eller andet stadie af sygdommen. Men synstab er ikke begrænset til ældre. Retinitis pigmentosa, en genetisk arvelig sygdom, rammer også ca. 1 ud af 4.000 mennesker i USA - både unge og gamle.
Sygdommene er rettet mod fotoreceptorerne, som er stang- og kegleformede celler bagpå øjet. Disse celler konverterer lys til et elektrisk signal, der rejser til hjernen via synsnerven. Makuladegeneration og retinitis pigmentosa nedbryder disse fotoreseptorer. I de mest avancerede former for sygdommen bliver mange opgaver næsten umulige uden hjælp: læse tekst, se tv, køre en bil, endda identificere ansigter.
Selvom virkningerne er alvorlige, går ikke alt håb tabt. Resten af nethindens neuroner og celler, der transmitterer de elektriske signaler, forlades ofte intakte. Det betyder, at hvis forskere kan rigge en enhed, der i det væsentlige kan efterligne funktionen af stænger og kegler, kan kroppen stadig behandle de resulterende signaler.
Forskere og udviklere over hele verden forsøger at gøre netop det. Et team hos Stanford bruger en lille og elegant løsning: små fotodiodeimplantater, en brøkdel af bredden af et hår på tværs, der er indsat under den beskadigede del af nethinden.
”Det fungerer som solpanelerne på dit tag og omdanner lys til elektrisk strøm, ” siger Daniel Palanker, professor i øjenlæge ved Stanford University, i en pressemeddelelse om arbejdet. ”Men i stedet for at strømmen flyder til dit køleskab, strømmer det ind i nethinden.”
PRIMA består af netimplantater, et par briller med et videokamera og en lomme-computer. (Daniel Palanker Lab) Døbt PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt) er minutpanelerne parret med et sæt briller, der har et videokamera indlejret i midten. Kameraet tager billeder af omgivelserne og overfører trådløst billederne til en lommecomputer til behandling. Derefter stråler brillerne de behandlede billeder til øjnene i form af pulser af nær infrarødt lys.
Det lille array af "solcellepanel" -implantater af silicium - hver ca. 40 og 55 mikron på tværs af i PRIMAs seneste iteration - samler IR-lyset og omdanner det til et elektrisk signal, der sendes gennem kroppens naturlige netværk af neuroner og omdannes til et billede i hjernen.
For at teste enheden, implanterede teamet de små PRIMA-paneler i rotter og udsatte dem derefter for lysglimt, og målte deres respons ved hjælp af elektroder implanteret over den visuelle cortex - den del af hjernen, der behandler billeder. Ved hjælp af de 70 mikron implantater, de havde udviklet på det tidspunkt, fandt forskerne, at rotterne havde omkring 20/250 syn - lidt over juridisk blindhed i USA, hvilket er 20/200 vision. Det betyder, at en person kan se på 20 meter, hvad en person med perfekt syn kan se på 250 meter, hvilket gør det meste af deres omgivelser sløret.
"Disse målinger med 70 mikron pixel bekræftede vores håb om, at protesisk synsstyrke er begrænset af pixelhøjden [eller afstanden fra midten af en pixel til midten af den næste pixel]. Dette betyder, at vi kan forbedre det ved at gøre pixels mindre, "Skriver Palanker via e-mail. De har allerede udviklet pixels tre fjerdedele af størrelsen. ”Vi arbejder nu på endnu mindre pixels, ” skriver han.
PRIMA er naturligvis ikke det eneste hold, der forfølger dette mål. En enhed kaldet Argus II fra Second Sight, et Californien-baseret firma, har allerede bragt det på markedet i USA Godkendt i februar 2013 af Food and Drug Administration for patienter med svær retinitis pigmentosa. Den grundlæggende opsætning ligner PRIMA. I stedet for et solcellepanel er implantatet et gitter af elektroder, der er fastgjort til en ærestørr elektronikhylster og interne antenner. Et brillekamera tager et billede, der behandles af en lille computer og derefter trådløst transmitteres til implantatet, der fyrer elektriske signaler for at skabe billedet.
Men der er flere ulemper ved dette system. Implantatets elektronik er voluminøs, og antennerne kan opleve interferens fra husholdningsapparater eller andre antenneafhængige gadgets, f.eks. Mobiltelefoner. Enheden har også begrænset opløsning, hvilket gendanner synet til ca. 20 / 1.260 uden yderligere billedbehandling. På grund af denne begrænsede opløsning har FDA kun godkendt brugen af patienter, der næsten er helt blinde.
"FDA ønsker ikke at risikere at beskadige synet i et øje, der allerede har nogle, fordi mængden af visuel restaurering er minimal, " siger William Freeman, direktør for Jacobs Retina Center ved University of California San Diego . "Du kan komme lidt, men det er ikke meget."
Mange flere teknologier findes også i værkerne. Et tysk selskab Retinal Implant AG bruger en digital chip svarende til hvad der findes i et kamera. Men de foreløbige test for teknologien hos mennesker er blevet blandet. Freeman er en del af et andet firma, Nanovision, der beskæftiger sig med nanotrådimplantater, der næppe er større end en bølgelængde af lys. Selvom de fungerer på lignende måde som PRIMAs fotodioder, siger Freeman, at de har potentiale til at være mere følsomme over for lys og kan hjælpe fremtidige patienter med at se på en gråskala - ikke kun sort / hvid. Teknologien er stadig i dyreforsøg for at evaluere dens effektivitet.
"[For] alle disse teknologier er der begrænsninger, der er iboende, " siger Grace L. Shen, direktør for programmet for netthindesygdomme ved National Eye Institute. Selvom Shen ikke er direkte involveret i proteseforskning, fungerer Shen som programchef for en af de bevillinger, der understøtter Palankers arbejde.
PRIMA adresserer nogle af grænserne for elektrode-baserede løsninger som Second Sight. Selvom de billeder, det producerer, stadig er sort / hvid, lover PRIMA højere opløsning uden behov for ledninger eller en antenne. Og fordi implantaterne er modulopbyggede, kan de flislægges, så de passer til hver enkelt patient. "Du kan lægge så mange som du har brug for til at dække et stort synsfelt, " siger Palanker.
Prima er også lettere at implantere. Et afsnit af nethinden løsnes med injektion af væske. Derefter bruges en hul nål, der er fyldt med solcellepanelerne, i det væsentlige til at placere panelerne i øjet.
Men som med alle øjenoperationer, er der risici, forklarer Jacque Duncan, øjenlæge ved University of California, San Francisco, som ikke var involveret i arbejdet. For den sub-netthindekirurgi, som PRIMA kræver, inkluderer disse risici nethindeafsænkning, blødning og ardannelse. Der er også en mulighed for, at hvis enheden ikke er placeret korrekt, kan den skade resterende syn.
Når det er sagt, er Duncans overtagelse af den nye enhed positiv. ”Jeg synes, dette er en spændende udvikling, ” siger hun. "PRIMA-metoden har et stort potentiale til at give synskarphed, der kan sammenlignes med eller endda bedre end den i øjeblikket godkendte Second Sight ARGUS II-enhed."
Som Anthony Andreotolla, en patient med et Argus II-implantat, fortalte CBS tidligere i år, er hans vision bestemt begrænset: "Jeg kan fortælle forskellen mellem en bil, en bus eller en lastbil. Jeg kan ikke fortælle dig, hvad der gør bilen er." Men udsigten til yderligere fremskridt giver patienter - inklusive Andreotolla, der lider af retinitis pigmentosa og mistede al syn, da han nåede 30'erne - håb om fremtiden.
PRIMA har stadig en lang vej foran sig, før den er klar til marked. Holdet har samarbejdet med Pixium Vision of France og sammen arbejder de for kommercialisering. Palanker og hans med opfindere har to patenter relateret til teknologien. Det næste trin er menneskelige forsøg, hvoraf det første netop blev godkendt af det franske reguleringsagentur. Forsøgene starter små, kun fem patienter, der vil blive undersøgt i løbet af 36 måneder. "Vi vil se, hvad tærsklerne er, og hvilke kirurgiske problemer, " siger Palanker.
Disse test vil tjene som det begrundende grundlag for enheden, siger Shen. ”Indtil de virkelig tester det hos mennesker, kunne vi ikke være sikre på, hvad fordelene er.”
Billedet til højre viser en 1 mm bred matrix implanteret subretinalt i et rotteøje. SEM-billedet demonstrerer en højere forstørrelse af opstillingen med 70um pixels anbragt på nethindepigmentepitel i et porcine øje. Farveindsatsen til venstre viser en enkelt pixel i det hexagonale array. (Daniel Palanker Lab) Lige nu, forklarer Shen, er den visuelle klarhed, som enhederne giver, ikke det, hun betragter som "meningsfulde visuelle billeder." Dette kan kun opnås ved en bedre forståelse af de neurale veje. "Hvis du bare har en masse ledninger, opretter den ikke en radio, " siger hun. "Du skal have ledningen korrekt."
Det samme er synet; det er ikke et plug-and-play-system. Ved at kortlægge hele den neurale vej, kan kun forskere håbe på at skabe skarpere billeder ved hjælp af protetiske enheder, måske endda farvebilleder.
Palanker er enig. "Korrekt anvendelse af resterende nethindekredsløb til at generere nethindeproduktion så tæt på det naturlige som muligt skal hjælpe med at forbedre protesesyn, " skriver han i en e-mail.
Der er også synssygdomme, hvor mange af disse løsninger ikke fungerer, siger Freeman. Synstab fra glaukom er et eksempel. "De indre nethindeceller er døde, så uanset hvad du stimulerer er der ingen forbindelser til hjernen, " siger han.
Men scoringer af forskere fra alle områder er på sagen og skubber grænserne for det, vi ved, er muligt - ingeniører, materialevidenskabsfolk, biologer og andre. Selvom det kan tage et stykke tid, er der sandsynligvis stadig flere der kommer. Ligesom med vores mobiltelefoner og kameraer, siger Shen, er systemerne blevet hurtigere, mere effektive og mindre i løbet af de sidste par årtier. ”Jeg håber, at vi endnu ikke har nået vores grænse, ” tilføjer hun.
Nøglen lige nu, siger Freeman, er at styre forventningerne. På den ene side forsøger forskere ikke at give folk falskt håb. "På den anden side vil du ikke fortælle folk, at dette er en håbløs ting, " siger han. "Vi prøver, og jeg tror, at en eller flere af disse tilgange til sidst vil arbejde."
