Effizientere Netzhautprothese gegen Blindheit

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EPFL-Forscher haben ein innovatives Netzhautimplantat für Menschen entwickelt, die durch den Verlust der fotosensiblen Zellen in der Netzhaut blind geworden sind. Auf diese Weise sollten sie wieder ein ziemlich breites Blickfeld erhalten und ihre Lebensqualität erheblich verbessern können.

Weltweit sind 32 Millionen Menschen blind, davon 2 bis 4 Millionen aufgrund des Verlusts der fotosensiblen Zellen in der Netzhaut. Die vielversprechendste Lösung bei dieser Art von Blindheit besteht darin, eine Prothese mit Elektroden zur elektrischen Stimulation der Netzhautzellen in die Retina zu implantieren. «Bei den aktuellen Lösungen sind die Ergebnisse sehr schlecht, und die Patienten mit Implantat gelten medizinisch weiterhin als blind», erklärt Diego Ghezzi, Leiter des Medtronic-Lehrstuhls für Neuroingenieurwesen (LNE) an der Fakultät für Ingenieurwissenschaft und Technologie der EPFL. Um ein «normales» Leben führen zu können, müsste das wiedererlangte Blickfeld beispielsweise mindestens 40 Grad betragen. Die existierenden Implantate erreichen aber nur 20 Grad.»

Die Forscherinnen und Forscher am LNE haben eine innovative, aus einem äusserst flexiblen und faltbaren Material bestehende, drahtlose Prothese mit Fotovoltaikzellen entwickelt. Diese dürfte ein Blickfeld von 46 Grad und eine sehr viel bessere Auflösung bieten. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

 

« Die Forscherinnen und Forscher am LNE haben eine innovative, aus einem äusserst flexiblen und faltbaren Material bestehende, drahtlose Prothese mit Fotovoltaikzellen entwickelt.»

Bestehende Systeme mit schlechten Ergebnissen

Die bisher verfügbaren Netzhautprothesen bestehen aus einem auf die Netzhaut verpflanzten Elektrodennetz. Sie sind über Kabel mit einer Brille und einer Kamera sowie mit einem vom Patienten getragenen Minicomputer verbunden. Die Kamera erfasst die Bilder im Blickfeld und übermittelt sie an den Computer, der sie in elektrische Signale umwandelt und diese an die Elektroden sendet. Diese stimulieren die Lymphknoten der Netzhaut gemäss dem, was der Patient sieht. Der Patient kann dann lernen, die erzeugten visuellen Eindrücke zu interpretieren, um «die Bilder zu sehen». Je genauer und zahlreicher die Motive sind, desto leichter wird der Erkennungsprozess.

Grössere Oberfläche für mehr Elektroden

Das von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der EPFL entwickelte System umfasst ebenfalls ein Elektrodennetz, eine Brille und eine Kamera, funktioniert aber vollständig drahtlos. Um das Blickfeld zu erweitern und die Qualität der Bilder zu verbessern, haben die Forscher eine Prothese mit einer grösseren Oberfläche gebaut. Das Implantat kommt dank seiner Grösse mit mehr Netzhautzellen in Kontakt, von denen folglich mehr von den Elektroden stimuliert werden. «Dies hat Auswirkungen auf das Blickfeld, das grösser wird», betont Laura Ferlauto, wissenschaftliche Mitarbeiterin am LNE. «Die aktuellen Lösungen stimulieren nur die Zellen in der Mitte der Netzhaut.» «Wir können auch die Anzahl Elektroden erhöhen und somit die Genauigkeit der dargestellten Bilder verbessern», erklärt Naïg Chenais, Doktorandin am LNE.

Einschränkungen beim Implantieren

Die Grösse der Implantate war bisher insbesondere durch die Grösse des für das Einsetzten notwendigen Schnitts beschränkt. «Dieser muss so klein wie möglich sein, um kein Gewebe zu beschädigen», erklärt Naïg Chenais. Um dieses Hindernis zu überwinden, benutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein äusserst flexibles Material, mit dem die Prothese beim Einführen gefaltet werden kann. So konnte ihre Oberfläche ohne Auswirkung auf die Grösse des Schnitts erhöht werden. Beim gewählten Material handelt es sich um ein transparentes, für den Menschen ungiftiges und bereits in der Medizin verwendetes Polymer. «Das Polymer kann dank seiner Flexibilität eine wirkliche Kugelform annehmen und folglich in sehr engen Kontakt mit den Lymphknoten der Netzhaut treten», erklärt Marta Airaghi Leccardi, ebenfalls Doktorandin am Medtronic-Lehrstuhl für Neuroingenieurwesen.

Fotovoltaikzellen für ein drahtloses System

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler leisteten mit einem völlig drahtlosen System, bei dem die Elektroden durch Fotovoltaikzellen ersetzt wurden, ebenfalls Pionierarbeit. Diese erzeugen im Gegensatz zu den Elektroden dank der Lichtenergie direkt elektrischen Strom, ohne dass sie einer Stromquelle bedürfen. Das von der Kamera eingefangene Licht muss nicht mehr in elektrische Signale umgewandelt, sondern lediglich verstärkt werden, um von den Fotovoltaikzellen aufgenommen und verarbeitet zu werden. «Damit sie reagieren, müssen sie Lichtsignale mit bestimmten Eigenschaften bezüglich Intensität, Dauer und Wellenlänge erhalten», betont Laura Ferlauto. Natürliches Licht genügt nicht.» Die Fotovoltaikzellen besitzen noch einen weiteren Vorteil: Sie brauchen weniger Platz als Elektroden. So können mehr von ihnen auf die Prothese montiert werden, was sich wiederum auf die Sehschärfe und das Blickfeld auswirkt.

Ein Prototyp dieses Implantats wurde entwickelt und ersten Tests unterzogen, bei denen seine Ungiftigkeit sowie die Möglichkeit einer Vergrösserung des Blickfelds und der Sehschärfe bewiesen werden konnte. Den nächsten Schritt bildet die Durchführung von In-Vivo-Tests, um Aspekte wie die Reaktion der Zellen oder die Lebensdauer des Implantats zu beobachten. «Wir werden auch sehen müssen, wie der Mensch diese neue Art des Sehens, die nicht dem natürlichen Sehen entspricht, lernen kann», meint Laura Ferlauto abschliessend.

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