En synprotes , även känd som ett bioniskt öga , är en experimentell visuell anordning utformad för att återställa synfunktionen för dem som lider av fullständig eller partiell blindhet. Många enheter har utvecklats med hjälp av cochleaimplantat och neuroprotesteknik . Idéer för att använda elektrisk ström (som elektrisk stimulering av näthinnan) för att återställa synen går tillbaka till 1600-talet. De diskuterades av Benjamin Franklin, Tiberius Cavallo och Charles Leroy. [1] [2] [3]
Förmågan att tillåta en blind person att få syn med ett bioniskt öga beror på omständigheterna som orsakade synförlusten. Näthinneprotesen är den vanligaste synprotesen. Denna protes är bäst lämpad för patienter med synnedsättning på grund av fotoreceptordegeneration . Chanserna för framgång ökar om patientens synnerv utvecklades innan blindheten började. Personer med medfödd blindhet kanske inte har en fullt utvecklad synnerv, även om neuroplasticitet tillåter nerven att utvecklas efter implantatplacering. [fyra]
Synproteser utvecklas som ett potentiellt värdefullt hjälpmedel för personer med synnedsättning. Argus II , utvecklad tillsammans med University of Southern California (USC) och tillverkad av Second Sight Medical Products Inc., är för närvarande den enda sådan enhet som har fått marknadsföringsgodkännande (CE-märkning 2011). [5] De flesta andra projekt är under utveckling.
Mark Humayun, Eugene DeJuan, Howard D. Phillips, Wentai Liu och Robert Greenber var de första uppfinnarna av den aktiva synprotesen. [6] De bevisade att deras koncept fungerade under patientstudier vid Johns Hopkins University . I slutet av 1990-talet grundade Greenberg Second Sight tillsammans med en medicinteknisk entreprenör. [7] Deras första generations implantat hade 16 elektroder och användes vid USC mellan 2002 och 2004. [8] 2007 började företaget testa sitt andra generationens 60-elektrodimplantat, kallat Argus II. [9] 30 personer från 4 länder deltog i testerna. Under våren 2011, baserat på resultaten från en klinisk prövning som publicerades 2012 [10] godkändes Argus II för kommersiellt bruk i Europa och Second Sight lanserade produkten. I USA certifierades Argus II den 14 februari 2013. National Eye Institute, Department of Energy och National Science Foundation stödde utvecklingen av Second Sight. [elva]
Claude Veraart vid universitetet i Louvain har utvecklat en protes som är en lindad manschettelektrod runt synnerven på baksidan av ögat. Som planerat ska stimulatorn ta emot signaler från den externa kameran, som omvandlas till elektriska signaler, och direkt stimulerar synnerven.
Det implanterbara miniatyrteleskopet, även om det inte är en aktiv protes, är en typ av visuella implantat som kan användas vid behandling av avancerad makuladegeneration . [12] [13] Denna typ av anordning implanteras i ögat, vilket ökar (ungefär tre gånger) storleken på bilden som projiceras på näthinnan. [fjorton]
Ett exempel är teleskopet byggt av VisionCare Ophthalmic Technologies. Den är ungefär lika stor som en ärta och implanteras bakom iris. Bilden projiceras på friska områden på den centrala näthinnan, utanför den degenererade gula fläcken , och förstoras för att minska den blinda fläckens påverkan på synen. En 2,2x eller 2,7x förstoringsgrad gör att du kan se eller urskilja ett objekt av intresse medan det andra ögat används för perifert syn. Ett öga som har ett implantat kommer att ha begränsad perifer syn som en bieffekt. Patienter som använder enheten kan fortfarande behöva glasögon för optimal syn. Före operationen bör patienter först prova ett handhållet teleskop för att se om det kommer att förbättra deras syn. En av de största nackdelarna är att den inte kan användas för patienter som har opererats för grå starr. Och för att installera ett teleskop måste du göra ett stort snitt i hornhinnan. [femton]
1995 började utvecklingen av subretinala retinala proteser vid University Eye Hospital Tübingen. Ett chip med mikrofotodioder placerades under näthinnan, som uppfattade ljus och omvandlade det till elektriska signaler som stimulerar ganglieceller som en naturlig process i fotoreceptorerna i en intakt näthinna. Naturliga fotoreceptorer är mycket effektivare än fotodioder och synligt ljus är inte tillräckligt kraftfullt för att stimulera MPDA. Därför används en extern strömkälla för att öka stimuleringsnivån. De första experimenten på mikrogrisar och kaniner startade år 2000, och enbart 2009 implanterades implantat i 11 patienter som en del av en klinisk pilotstudie. De första resultaten var uppmuntrande - de flesta patienter kunde skilja dag från natt, vissa kunde till och med känna igen föremål - en kopp, en sked och följa rörelsen av stora föremål. [16] De första implantationerna i Storbritannien ägde rum i mars 2012 och utfördes av Robert McLaren vid University of Oxford och Tim Jackson vid Royal London Hospital. [17] [18] Från och med 2017 hade Alpha IMS, tillverkat av Retina Implant AG Tyskland, 1500 elektroder, storlek 3×3 mm, tjocklek 70 mikron. När de väl placerats under näthinnan tillåter detta nästan alla patienter att uppleva en viss grad av återhämtning av ljusuppfattningen. [19]
Joseph Rizzo och John Wyatt från Massachusetts började undersöka genomförbarheten av en näthinneprotes 1989 och testade stimulering på blinda frivilliga mellan 1998 och 2000. De har sedan dess utvecklat subretinal stimulator, en uppsättning elektroder som placeras under näthinnan och tar emot bildsignaler från en kamera monterad på ett par glasögon. Stimulatorchippet avkodar bildinformationen som överförs av kameran och stimulerar retinala ganglieceller i enlighet därmed. Den andra generationens protes samlar in data och överför den till implantatet via radiofrekvensfält från en spole av sändare monterade på glasögon. Mottagarens sekundära spole sys runt iris. [tjugo]
Bröderna Alan Chow och Vincent Chow har utvecklat ett mikrochip som innehåller 3 500 fotodioder som känner av ljus och omvandlar det till elektriska impulser. De stimulerar friska retinala ganglionceller. ASR kräver inga externa enheter. ASR-mikrochipset är ett kiselchip med 2 mm diameter (samma koncept som i datorchips), 25 mikrometer tjockt, innehållande 5 000 mikroskopiska solceller kallade "mikrofotodioder", var och en med sin egen stimulerande elektrod. [21]
Daniel Palanker och hans grupp vid Stanford University utvecklade inte ett solcellssystem, som också är ett "bioniskt öga". Systemet inkluderar en subretinal fotodiod och ett infrarött bildprojektionssystem monterat på videoglasögon. [22] Information från videokameran bearbetas i en fickdator och visas i en pulsad infraröd (850-915 nm) videobild. Den infraröda bilden projiceras på näthinnan genom ögats naturliga optik och aktiverar fotodioder i det subretinala implantatet, som omvandlar ljuset till en pulsad bifasisk elektrisk ström i varje pixel. [23] Elektrisk ström som flyter genom vävnaden mellan de aktiva och returelektroderna i varje pixel stimulerar närliggande inre retinala nervceller, främst bipolära celler, som vidarebefordrar excitatoriska svar till retinala ganglieceller. Denna teknik kommersialiseras av Pixium Vision och genomgår från och med 2018 kliniska prövningar.
Ett australiensiskt team under ledning av professor Anthony Burkitt håller på att utveckla två näthinneproteser. Wide-View-enheten kombinerar ny teknik med material som framgångsrikt har använts i andra kliniska implantat. Detta tillvägagångssätt inkluderar ett mikrochip med 98 stimulerande elektroder och syftar till att öka patienternas rörlighet för att hjälpa dem att navigera säkert i sin miljö. Detta implantat kommer att placeras i det suprakoroidala utrymmet. De första patienttesterna med denna enhet startade 2013.
Bionic Vision Australia-konsortiet utvecklar en High-Acuity-enhet som inkluderar en rad nya teknologier för att kombinera ett mikrochip och ett implantat med 1024 elektroder. Enheten är utformad för att förbättra synen för att hjälpa till med uppgifter som ansiktsigenkänning och läsning av storstilat. Det bioniska visuella systemet inkluderar en kamera som sänder radiosignaler till ett mikrochip placerat på baksidan av ögat. Dessa signaler omvandlas till elektriska impulser som stimulerar celler i näthinnan och synnerven. Sedan överförs de till synområdena i hjärnbarken och omvandlas till en bild som patienten ser.
Australian Research Council tilldelade Bionic Vision Australia ett anslag på 42 miljoner USD i december 2009 och konsortiet lanserades officiellt i mars 2010. [24]
Dobelle Eye liknar sin funktion till MIT Retinal Implan-enheten, förutom att stimulatorchippet finns i den visuella cortex , snarare än på näthinnan. Första intrycket av implantatet var inte dåligt. Fortfarande i utvecklingsstadiet, efter Dobels död, beslutades det att förvandla detta projekt från ett kommersiellt till ett statligt finansierat. [25]
Neural Prosthesis Laboratory vid Illinois Institute of Technology i Chicago utvecklar en visuell protes som använder intrakortikala elektroder. I likhet med Dobel-systemet kan användningen av intrakortikala elektroder avsevärt öka den rumsliga upplösningen i stimuleringssignaler. Dessutom utvecklas ett trådlöst telemetrisystem för att eliminera behovet av transkraniella (intrakraniella) ledningar. Elektroder belagda med ett lager av aktiverad iridiumoxidfilm (AIROF) kommer att implanteras i den visuella cortex, belägen i hjärnans occipitallob. [26] Utomhusenheten kommer att fånga bilden, bearbeta den och generera instruktioner som sedan kommer att överföras till de implanterade modulerna via en telemetrilänk. Kretsen avkodar instruktionerna och stimulerar elektroderna, vilket i sin tur stimulerar den visuella cortex. Gruppen utvecklar externa bildsystemsensorer för att åtfölja specialiserade implanterbara moduler inbyggda i systemet. Djurstudier och psykofysiska studier på människor pågår för närvarande för att testa genomförbarheten av implantation hos frivilliga. [27]
2014 påbörjades förberedelserna i Ryssland för den första operationen för att implantera ett bioniskt öga i blinda patienter. Rysslands FMBA valde Argus II-protesen för detta ändamål. Förberedelserna pågick i flera år. En protestillverkare testade rysk utrustning och en rekrytering av frivilliga tillkännagavs för att hitta en lämplig patient. Verksamheten finansierades av Alisher Usmanovs välgörenhetsstiftelse "Art, Science and Sport". [28]
Den första operationen i Ryssland för att implantera en dövblind patient med en Argus II-protes utfördes vid Research Center of Ophthalmology, Russian National Research Medical University. N.I. Pirogov under ledning av chefen för centret, professor Hristo Perklovich Takhchidi. Den första patienten var bosatt i Chelyabinsk Ulyanov Grigory Aleksandrovich. [29]
Efter den första operationen meddelade det ryska hälsoministeriet att man planerar att inkludera sådan hjälp i gratis högteknologiska hjälpprogram. För detta, enligt representanten för avdelningen, är det nödvändigt att utföra ytterligare ett dussin operationer, för att utveckla ett rehabiliteringssystem. Dessutom var det planerat att etablera produktion av egna synproteser i Ryssland. [28]