Fleksibelt implantat viser potentiale til at genoprette synet efter nethindegeneration - Physics World

Fleksibelt implantat viser potentiale til at genoprette synet efter nethindegeneration - Physics World

Tidsstempel: 1. februar 2024 kl. 4:00

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration-physics-world-3.jpg" data-caption="Blød kunstig nethinde Skematisk, der viser den kunstige nethinde integreret med 3D flydende metalmikroelektroder tæt på den uregelmæssige nethindeoverflade. De søjle-lignende elektroder stimulerer direkte nethindens ganglieceller (lilla). (Med høflighed: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)”> Skematisk kunstig nethinde
Blød kunstig nethinde Skematisk, der viser den kunstige nethinde integreret med 3D flydende metalmikroelektroder tæt på den uregelmæssige nethindeoverflade. De søjle-lignende elektroder stimulerer direkte nethindens ganglieceller (lilla). (Med høflighed: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Degenerative sygdomme i nethinden kan beskadige eller ødelægge fotoreceptorceller, hvilket resulterer i alvorlig synsnedsættelse. En lovende måde at genoprette tabt syn på er at implantere en elektronisk nethindeprotese, som virker ved at detektere eksternt lys og stimulere indre retinale neuroner såsom ganglion og bipolære celler som reaktion.

Eksisterende retinale implantater indeholder imidlertid stive stimuleringselektroder, der kan beskadige blødt nethindevæv. De lider også af et misforhold mellem de stive elektroder og den buede nethindeoverflade, hvilket kan være særligt uregelmæssigt hos patienter med svær retinal degenerativ sygdom.

For at imødegå disse begrænsninger tog et forskerhold op kl Yonsei Universitet i Korea har udviklet en blød nethindeprotese, der kombinerer fleksible ultratynde fototransistor-arrays med stimuleringselektroder lavet af eutektisk gallium-indium-legering, et iboende blødt flydende metal med lav toksicitet.

For at skabe denne "kunstige nethinde", første forfatter Vandt Gi Chung og kolleger startede med et højopløseligt fototransistorarray (50 × 50 pixels med 100 µm pitch) og 3D-printede flydende metalelektroder på toppen. Elektroderne danner et array af søjle-lignende prober (20 µm i diameter og 60 µm i højden), der, når de placeres på nethindens overflade, direkte stimulerer retinale ganglieceller (RGC'er).

Spidsen af ​​hver elektrode er belagt med platin nanoclusters, som tilføjer nanometerskala ruhed og forbedrer ladningsinjektion i nethindens neuroner. Belysning af fototransistorerne genererer en fotostrøm, der sprøjter ladning ind i RGC'erne gennem elektroderne. De handlingspotentialer, der fremkaldes i RGC'erne, rejser derefter til synsnerven for at skabe den visuelle information.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration-physics-world-1.jpg" data-caption="Høj opløsning array Til venstre: et transistorarray integreret med 3D flydende metalmikroelektroder (skalastang, 1 mm). Til højre: scanningselektronmikroskopibillede af 50 × 50 pixel-arrayet, der viser de 60 µm høje mikroelektroder (skalabjælke, 100 µm). (Med høflighed: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration-physics-world-1.jpg”>Transistor array integreret med flydende metal mikroelektroder
Høj opløsning array Til venstre: transistorarray integreret med 3D flydende metalmikroelektroder (skalastang, 1 mm). Til højre: scanningselektronmikroskopibillede, der viser de 60 µm høje mikroelektroder (skalalinje, 100 µm). (Med høflighed: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Forskerne udførte forskellige in vivo tests for at vurdere enhedens biokompatibilitet. Fem uger efter implantation i levende nethindegenerative (rd1) mus fandt de ingen tegn på blødning, betændelse eller grå stær og ingen signifikant indflydelse på nethindens tykkelse. De bemærker, at enhedens epiretinale placering – inde i glaslegemet med elektrodespidserne placeret på RGC-laget – er sikrere og mindre invasiv end den subretinale implantation, der kræves af tidligere implantater.

For at evaluere deres kunstige nethinde yderligere, optrådte holdet ex vivo eksperimenter ved at placere enheden på isolerede nethinder fra både vildtype- og rd1-mus. Visuel stimulering med blåt lys (udført uden betjening af enheden) inducerede et respons i vildtype-nethinden, men ikke rd1-nethinden. Elektrisk stimulering under enhedens drift forårsagede RGC-spidser i begge nethinder, med en lignende størrelse af elektrisk fremkaldt potentiale i vildtype- og rd1-nethinderne.

In vivo restaurering af synet

Derefter undersøgte holdet, om enheden kunne genoprette synet til rd1-mus med et fuldt degenereret fotoreceptorlag. Fastgørelse af indretningen til dyrets nethindeoverflade forårsagede ingen nævneværdig skade eller blødning, og elektroderne forblev intakte, når de blev implanteret på nethindens overflade.

Forskerne projicerede derefter synligt lys på dyrets øje og registrerede de neurale reaktioner i realtid på nethinden. På grund af kompleksiteten af ​​nethindeaktivitet brugte de uovervåget maskinlæring til signalbehandling. De fandt ud af, at belysningen inducerede spiking-aktivitet i RGC'erne i dyrets nethinde, hvilket skabte RGC-spidser med ensartet potentiel størrelse og affyringshastigheder.

For at undersøge, om implantatet kan bruges til genkendelse af objekter, udsatte forskerne også øjet for laserlys gennem en mønstret maske, idet de observerede, at oplyste områder udviste større nethinderesponser end områder, der forblev i mørke. Sammenligning af de maksimale affyringshastigheder registreret fra fuldt oplyste elektroder og elektroder i mørk tilstand viste, at RGC-aktiviteten i de belyste områder var omkring fire gange højere end baggrunds-RGC-aktiviteten.

"The in vivo eksperimenter bekræftede, at signalforstærkningen på grund af belysning af synligt lys inducerer realtidsresponser i RGC'erne i det lokale område, hvor lyset falder ind for levende rd1-mus med massiv fotoreceptordegeneration, hvilket tyder på genoprettelse af deres syn," skriver forskerne. De påpeger, at disse resultater kunne bruges til at hjælpe med at udvikle personaliserede kunstige nethinder til patienter med ujævn nethindegeneration.

Dernæst planlægger holdet at foretage undersøgelser af den kunstige nethinde på større dyr. "Efter at have grundigt valideret vores enhed på større dyr, er vores ultimative mål at udføre kliniske forsøg," fortæller Chung Fysik verden.

Forskerne rapporterer deres fund i Natur Nanoteknologi.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden