Войти
A Визуальный протез, часто называемый бионическим глазом, является экспериментальным визуальным устройством, предназначенным для восстановить функциональное зрение у лиц, страдающих частичной или полной слепотой. Было разработано множество устройств, обычно по образцу кохлеарного имплантата или бионических ушных устройств, типа нервных протезов, используемых с середины 1980-х годов. Идея использования электрического тока (например, электрическая стимуляция сетчатки или зрительной коры ) для обеспечения зрения восходит к 18 веку, обсуждалась Бенджамином Франклином, Тибериус Кавалло и Чарльз Лерой.
Способность слепого видеть через бионический глаз зависит от обстоятельств потери зрения. Протезы сетчатки, которые являются наиболее распространенным визуальным протезом в стадии разработки (из-за легкости доступа к сетчатке, среди прочего), пациенты с потерей зрения из-за дегенерации фоторецепторов (пигментный ретинит, хориоидеремия, географическая атрофия, дегенерация желтого пятна) являются лучшим кандидатом для лечения. Кандидаты на установку имплантатов визуального протеза считают эту процедуру наиболее успешной, если зрительный нерв был развит до начала слепоты. Люди, рожденные слепотой, могут не иметь полностью развитого зрительного нерва, который обычно развивается до рождения, хотя нейропластичность делает возможным развитие нерва и зрения после имплантации.
Визуальные протезы разрабатываются как потенциально ценная помощь для людей с зрительной деградацией. Argus II, совместно разработанный в Институте глазного дела Университета Южной Калифорнии (USC) и производимый Second Sight Medical Products Inc., теперь является единственным подобным устройством, получившим маркетинговое одобрение (знак CE в Европе в 2011). Большинство других попыток остаются следственными; Alpha IMS от Retina Implant AG получил в июле 2013 г. знак CE Mark и является значительным улучшением разрешения. Однако он не одобрен FDA в США.
Марк Хумаюн, который присоединился к преподавателям школы Keck School медицины ОСК Кафедра офтальмологии в 2001 г.; Юджин Дежуан, сейчас работает в Калифорнийском университете в Сан-Франциско ; инженер Ховард Д. Филлипс; инженер по биоэлектронике Вентаи Лю, сейчас работает в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе ; и Роберт Гринберг, ныне работающий в Second Sight, были изобретателями активного эпиретинального протеза и продемонстрировали доказательство принципа в исследованиях острых пациентов в Университете Джона Хопкинса в начале 1990-х годов. В конце 1990-х гг. Гринберг основал компанию Second Sight вместе с предпринимателем в области медицинского оборудования Альфредом Э. Манном. Их имплантат первого поколения имел 16 электродов и был имплантирован шести пациентам Хумаюном из Университета. of Southern California в период с 2002 по 2004 год. В 2007 году компания начала испытание своего 60-электродного имплантата второго поколения, получившего название Argus II, в США и Европе. Всего в исследованиях, охвативших 10 центров в четырех странах, приняли участие 30 человек. Весной 2011 года на основе результатов клинического исследования, опубликованного в 2012 году, Argus II был одобрен для коммерческого использования в Европе, и в том же году компания Second Sight запустила продукт. Argus II был одобрен FDA США 14 февраля 2013 года. Три правительственных агентства США (Национальный глазной институт, Министерство энергетики и Национальный научный фонд) поддержали работу в Second Sight, USC, UCSC, Caltech и других. исследовательских лабораторий.
Спроектированный Клодом Верааром из Лувенского университета, это спиральный манжетный электрод вокруг зрительного нерва в задняя часть глаза. Он подключен к стимулятору, имплантированному в небольшое углубление в черепе. Стимулятор принимает сигналы от внешней камеры, которые преобразуются в электрические сигналы, которые напрямую стимулируют зрительный нерв.
Имплантируемый миниатюрный телескоп, хотя и не совсем активный протез, представляет собой один тип визуального имплантата, который имел некоторый успех в лечении конечной стадии возрастной дегенерации желтого пятна. Этот тип устройства имплантируется в заднюю камеру глаза и работает путем увеличения (примерно в три раза) размера изображения, проецируемого на сетчатку, чтобы преодолеть центральный обнаруженная скотома или слепое пятно.
Созданный VisionCare Ophthalmic Technologies совместно с программой CentraSight Treatment Program, телескоп размером с горошину имплантируется за радужной оболочкой одного глаза. Изображения проецируются на здоровые области центральной сетчатки, за пределами дегенерированной макулы, и увеличиваются, чтобы уменьшить влияние слепого пятна на центральное зрение. Сила увеличения 2,2x или 2,7x позволяет видеть или различать интересующий объект центрального зрения, в то время как другой глаз используется для периферического зрения, потому что глаз с имплантатом будет иметь ограниченное периферическое зрение в качестве побочного эффекта. В отличие от телескопа, который можно держать в руке, имплант перемещается вместе с глазом, что является основным преимуществом. Тем не менее, пациентам, использующим устройство, могут потребоваться очки для оптимального зрения и для работы на близком расстоянии. Перед операцией пациенты должны сначала опробовать переносной телескоп, чтобы увидеть, поможет ли им увеличение изображения. Один из основных недостатков состоит в том, что его нельзя использовать для пациентов, перенесших операцию по удалению катаракты, поскольку интраокулярная линза будет препятствовать установке телескопа. Для вставки также требуется большой разрез в роговице.
A Кокрановский систематический обзор, целью которого является оценка эффективности и безопасности имплантируемого миниатюрного телескопа для пациентов с поздней или поздней возрастной дегенерацией желтого пятна обнаружили только одно текущее исследование интраокулярного телескопа ОриЛенс, результаты которого ожидаются в 2020 году.
Южно-германская группа под руководством Университетской глазной больницы в Тюбингене была сформирована в В 1995 году Эберхартом Зреннером разработал субретинальный протез. Чип расположен за сетчаткой и использует матрицы микрофотодиодов (MPDA), которые собирают падающий свет и преобразуют его в электрический ток, стимулирующий ганглиозные клетки сетчатки. Поскольку естественные фоторецепторы намного более эффективны, чем фотодиоды, видимый свет недостаточно мощный, чтобы стимулировать MPDA. Следовательно, для увеличения тока стимуляции используется внешний источник питания. Немецкая команда начала эксперименты in vivo в 2000 году, когда были измерены вызванные корковые потенциалы у юкатанских свиней и кроликов. Через 14 месяцев после имплантации имплантат и окружающая его сетчатка были исследованы, и не было обнаружено заметных изменений анатомической целостности. Имплантаты успешно вырабатывали вызванные корковые потенциалы у половины протестированных животных. Пороги, определенные в этом исследовании, были аналогичны пороговым значениям, необходимым для эпиретинальной стимуляции. Более поздние отчеты этой группы касаются результатов клинического пилотного исследования с участием 11 участников, страдающих пигментным ретинитом. Некоторые слепые пациенты могли читать буквы, распознавать неизвестные предметы, определять местонахождение тарелки, чашки и столовых приборов. Было обнаружено, что двое из пациентов были похожи на здоровых участников контрольной группы, а свойства движений глаз зависели от стимулов, которые наблюдали пациенты, что позволяет предположить, что движения глаз могут быть полезными показателями для оценки зрения, восстановленного с помощью имплантатов. В 2010 году было начато новое многоцентровое исследование с использованием полностью имплантируемого устройства с 1500 электродами Alpha IMS (производства Retina Implant AG, Ройтлинген, Германия), на данный момент включены 10 пациентов; Первые результаты были представлены на ARVO 2011. Первые имплантации в Великобритании были проведены в марте 2012 года под руководством Роберта Макларена в Оксфордском университете и в больнице Королевского колледжа в Лондоне. также имплантировал устройство Тюбингена пациенту в Гонконге. Во всех случаях у ранее слепых пациентов в какой-то степени восстановилось зрение.
19 марта 2019 года Retina Implant AG прекращает коммерческую деятельность, ссылаясь на враждебный к инновациям климат в Европе из-за жесткого регулирования и неудовлетворительных результатов у пациентов. Имплант сетчатки в Гарварде / Массачусетском технологическом институте
Джозеф Риццо и Джон Вятт из Массачусетской глазной и ушной больницы и Массачусетского технологического института начали исследование возможности протеза сетчатки в 1989 году и провели ряд экспериментальных испытаний эпиретинальной стимуляции слепые добровольцы в период с 1998 по 2000 год. С тех пор они разработали субретинальный стимулятор, набор электродов, который размещается под сетчаткой в субретинальном пространстве и принимает сигналы изображения, передаваемые с камеры, установленной на очках. Чип стимулятора декодирует информацию об изображении, передаваемую камерой, и соответственно стимулирует ганглиозные клетки сетчатки. Их протезы второго поколения собирают данные и отправляют их на имплант через радиочастотные поля от катушек передатчика, которые установлены на очках. Вокруг радужки пришивается вторичная приемная катушка.
Братья Алан Чоу и Винсент Чоу разработали микрочип, содержащий 3500 фотодиодов, которые обнаруживают свет и преобразуют его в электрические импульсы, которые стимулируют здоровые ганглиозные клетки сетчатки. Для ASR не требуются изношенные снаружи устройства.
Первоначальная компания Optobionics Corp. прекратила свою деятельность, но Чоу приобрел название Optobionics, имплантаты ASR и планирует реорганизовать новую компанию под тем же именем. Микрочип ASR представляет собой кремниевый чип диаметром 2 мм (по той же концепции, что и компьютерные чипы), содержащий ~ 5000 микроскопических солнечных элементов, называемых «микрофотодиодами», каждый из которых имеет свой собственный стимулирующий электрод.
Дэниел Паланкер и его группа из Стэнфордского университета разработали фотоэлектрический протез сетчатки, который включает субретинальную матрицу фотодиодов и систему проецирования инфракрасного изображения, установленную на видеоочках. Изображения, снятые видеокамерой, обрабатываются в карманном ПК и отображаются на видеоочках с использованием импульсного света ближнего инфракрасного диапазона (ИК, 880–915 нм). Эти изображения проецируются на сетчатку через оптику естественного глаза, а фотодиоды в субретинальном имплантате преобразуют свет в двухфазный импульсный электрический ток в каждом пикселе. Электрический ток, протекающий через ткань между активным и обратным электродами в каждом пикселе, стимулирует близлежащие внутренние нейроны сетчатки, в первую очередь биполярные клетки, которые передают возбуждающие ответы ганглиозным клеткам сетчатки. Эта технология коммерциализируется Pixium Vision (PRIMA ) и проходит клинические испытания (2018). Следуя этому доказательству концепции, Palanker group в настоящее время фокусируется на разработке пикселей менее 50 мкм с использованием трехмерных электродов и использовании эффекта миграции сетчатки в пустоты в субретинальном имплантате.
Bionic Vision Technologies (BVT) - компания, которая получила права на исследования и коммерциализацию Bionic Vision Australia (BVA). BVA был консорциумом некоторых ведущих университетов и исследовательских институтов Австралии, финансируемый Австралийским исследовательским советом с 2010 года. Он прекратил свою деятельность 31 декабря 2016 года. В состав консорциума входили Bionics Institute, UNSW Sydney, Data 61 CSRIO, Австралийский центр глазных исследований (CERA) и Мельбурнский университет. Партнеров было намного больше. Австралийское федеральное правительство предоставило Bionic Vision Australia грант ARC на сумму 42 миллиона долларов на разработку технологии бионического зрения.
Пока консорциум BVA еще был вместе, команду возглавлял профессор Энтони Беркитт, и они разрабатывали два протеза сетчатки.. Одно из них, известное как The Wide-View device, сочетало в себе новейшие технологии с материалами, которые успешно использовались в других клинических имплантатах. Этот подход включал микрочип с 98 стимулирующими электродами и был направлен на обеспечение повышенной мобильности пациентов, чтобы помочь им безопасно перемещаться в окружающей среде. Этот имплант будет помещен в супрахориоидальное пространство. Исследователи ожидали, что первые тесты пациентов начнутся с этим устройством в 2013 году, в настоящее время неизвестно, проводились ли полные испытания, но по крайней мере одной женщине по имени Дайан Эшворт было имплантировано устройство, и она смогла с его помощью читать буквы и цифры., Позже она написала книгу под названием «Я шпионю своим бионическим глазом» о своей жизни, потере зрения и о том, что она была первым человеком, которому имплантировали устройство BVA, Bioinc Eye.
Компания BVA также одновременно разрабатывала устройство High-Acuity, которое включало в себя ряд новых технологий для объединения микрочипа и имплантата с 1024 электродами. Устройство предназначено для обеспечения функционального центрального зрения для помощи в таких задачах, как распознавание лиц и чтение крупного шрифта. Этот имплантат высокой остроты зрения будет вставлен эпиретинально. На 2014 г. были запланированы испытания этого устройства на пациентах после завершения доклинических испытаний; неизвестно, проводились ли эти испытания когда-либо.
Пациенты с пигментным ретинитом должны были первыми участвовать в исследованиях, за которыми следовала возрастная дегенерация желтого пятна. Каждый прототип состоял из камеры, прикрепленной к очкам, которая отправляла сигнал на имплантированный микрочип, где он преобразовывался в электрические импульсы для стимуляции оставшихся здоровых нейронов сетчатки. Затем эта информация передавалась в зрительный нерв и центры обработки зрения мозга.
2 января 2019 года BVT опубликовала положительные результаты серии испытаний с участием четырех австралийцев, использующих новую версию устройства. Старые версии устройства были предназначены только для временного использования, но новый дизайн позволил использовать технологию постоянно и впервые за пределами лаборатории, даже чтобы забрать домой. В течение 2019 года планируется ввести больше имплантатов.
Согласно информационным бюллетеням от марта 2019 года на веб-сайте BVT, они ожидают, что устройство получит одобрение на рынке через 3-5 лет.
По функциям аналогичен устройству Гарвардского университета / Массачусетского технологического института, за исключением того, что чип стимулятора находится в первичной зрительной коре, а не на сетчатке. Многие пациенты были имплантированы с высокой вероятностью успеха и ограниченными негативными эффектами. Все еще находясь на стадии разработки, после смерти Добелле, продажа глаза с целью получения прибыли была отклонена в пользу передачи его в дар исследовательской группе, финансируемой государством.
Лаборатория им. Neural Prosthetics в Иллинойском технологическом институте (IIT), Чикаго, разрабатывает визуальный протез с использованием внутрикортикальных электродов. Хотя в принципе аналогично системе Dobelle, использование внутрикортикальных электродов позволяет значительно повысить пространственное разрешение сигналов стимуляции (больше электродов на единицу площади). Кроме того, разрабатывается система беспроводной телеметрии, которая устраняет необходимость в транскраниальных проводах. Массивы электродов, покрытых активированной пленкой оксида иридия (AIROF), будут имплантированы в зрительную кору, расположенную в затылочной доле мозга. Внешнее оборудование будет захватывать изображения, обрабатывать их и генерировать инструкции, которые затем будут передаваться на имплантированные схемы через телеметрическую связь. Схема расшифровывает инструкции и стимулирует электроды, в свою очередь, стимулируя зрительную кору. Группа разрабатывает носимую внешнюю систему захвата и обработки изображений, которая будет сопровождать имплантированные схемы. Проводятся исследования на животных и психофизические исследования на людях, чтобы проверить возможность имплантации добровольца-человека.
Стивен Макник и Сюзана Мартинес-Конде в Медицинский центр SUNY Downstate также разрабатывают интракортикальный визуальный протез под названием OBServe. Планируемая система будет использовать светодиодную матрицу, видеокамеру, оптогенетику, аденоассоциированный вирус трансфекцию и отслеживание глаз. Компоненты в настоящее время разрабатываются и тестируются на животных.
