Το εύκαμπτο εμφύτευμα δείχνει δυνατότητα αποκατάστασης της όρασης μετά από εκφύλιση του αμφιβληστροειδούς - Physics World

<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="Μαλακός τεχνητός αμφιβληστροειδής Σχηματικό που δείχνει τον τεχνητό αμφιβληστροειδή ενσωματωμένο με τρισδιάστατα μικροηλεκτρόδια υγρού μετάλλου κοντά στην ακανόνιστη επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς. Τα ηλεκτρόδια που μοιάζουν με πυλώνες διεγείρουν άμεσα τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς (μωβ). (Ευγενική προσφορά: CC BY 3/Νατ. Νανοτεχνολ. 10.1038/s41565-023-01587-w)">

Οι εκφυλιστικές ασθένειες του αμφιβληστροειδούς μπορεί να βλάψουν ή να καταστρέψουν τα κύτταρα των φωτοϋποδοχέων, με αποτέλεσμα σοβαρή έκπτωση της όρασης. Ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος για την αποκατάσταση της χαμένης όρασης είναι η εμφύτευση μιας ηλεκτρονικής πρόσθεσης αμφιβληστροειδούς, η οποία λειτουργεί ανιχνεύοντας εξωτερικό φως και διεγείροντας τους εσωτερικούς νευρώνες του αμφιβληστροειδούς, όπως τα γάγγλια και τα διπολικά κύτταρα σε απόκριση.

Ωστόσο, τα υπάρχοντα εμφυτεύματα αμφιβληστροειδούς περιέχουν άκαμπτα ηλεκτρόδια διέγερσης που θα μπορούσαν να βλάψουν τον μαλακό ιστό του αμφιβληστροειδούς. Υποφέρουν επίσης από αναντιστοιχία μεταξύ των άκαμπτων ηλεκτροδίων και της καμπύλης επιφάνειας του αμφιβληστροειδούς, η οποία μπορεί να είναι ιδιαίτερα ακανόνιστη σε ασθενείς με σοβαρή εκφυλιστική νόσο του αμφιβληστροειδούς.

Για την αντιμετώπιση αυτών των περιορισμών, μια ερευνητική ομάδα ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο Yonsei στην Κορέα έχει αναπτύξει μια μαλακή πρόσθεση αμφιβληστροειδούς που συνδυάζει εύκαμπτες υπερλεπτές συστοιχίες φωτοτρανζίστορ με ηλεκτρόδια διέγερσης κατασκευασμένα από ευτηκτικό κράμα γαλλίου-ινδίου, ένα εγγενώς μαλακό υγρό μέταλλο με χαμηλή τοξικότητα.

Για να δημιουργήσει αυτόν τον «τεχνητό αμφιβληστροειδή», πρώτος συγγραφέας Won Gi Chung και οι συνάδελφοι ξεκίνησαν με μια συστοιχία φωτοτρανζίστορ υψηλής ανάλυσης (50 × 50 pixel με βήμα 100 μm) και 3D εκτυπωμένα ηλεκτρόδια υγρού μετάλλου στην κορυφή. Τα ηλεκτρόδια σχηματίζουν μια σειρά από ανιχνευτές που μοιάζουν με πυλώνες (διάμετρος 20 μm και ύψος 60 μm) που, όταν τοποθετούνται στην επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς, διεγείρουν άμεσα τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς (RGCs).

Η άκρη κάθε ηλεκτροδίου είναι επικαλυμμένη με νανοσυμπλέγματα πλατίνας, τα οποία προσθέτουν τραχύτητα κλίμακας νανομέτρων και βελτιώνουν την έγχυση φορτίου στους νευρώνες του αμφιβληστροειδούς. Ο φωτισμός των φωτοτρανζίστορ δημιουργεί ένα φωτορεύμα που εγχέει φορτίο στα RGC μέσω των ηλεκτροδίων. Τα δυναμικά δράσης που προκαλούνται μέσα στα RGC ταξιδεύουν στη συνέχεια στο οπτικό νεύρο για να δημιουργήσουν τις οπτικές πληροφορίες.

<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="Συστοιχία υψηλής ανάλυσης Αριστερά: μια διάταξη τρανζίστορ ενσωματωμένη με τρισδιάστατα μικροηλεκτρόδια υγρού μετάλλου (ράβδος κλίμακας, 3 mm). Δεξιά: εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης της διάταξης 1 × 50 pixel που δείχνει τα μικροηλεκτρόδια ύψους 50 μm (γραμμή κλίμακας, 60 μm). (Ευγενική προσφορά: CC BY 100/Νατ. Νανοτεχνολ. 10.1038/s41565-023-01587-w)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential- to-restore-vision-after-retinal-degeneration-physics-world-1.jpg”>

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν διάφορα ίη νίνο δοκιμές για την αξιολόγηση της βιοσυμβατότητας της συσκευής. Πέντε εβδομάδες μετά την εμφύτευση σε ζωντανά εκφυλιστικά ποντίκια αμφιβληστροειδούς (rd1), δεν βρήκαν σημάδια αιμορραγίας, φλεγμονής ή καταρράκτη και καμία σημαντική επίδραση στο πάχος του αμφιβληστροειδούς. Σημειώνουν ότι η επιαμφιβληστροειδική τοποθέτηση της συσκευής - μέσα στο υαλοειδές με τις άκρες των ηλεκτροδίων τοποθετημένες στο στρώμα RGC - είναι ασφαλέστερη και λιγότερο επεμβατική από την υποαμφιβληστροειδική εμφύτευση που απαιτείται από προηγούμενα εμφυτεύματα.

Για να αξιολογήσει περαιτέρω τον τεχνητό αμφιβληστροειδή τους, η ομάδα πραγματοποίησε ex νίνο πειράματα τοποθετώντας τη συσκευή σε απομονωμένους αμφιβληστροειδή από ποντίκια άγριου τύπου και rd1. Η οπτική διέγερση με μπλε φως (που εκτελείται χωρίς τη λειτουργία της συσκευής) προκάλεσε απόκριση στον αμφιβληστροειδή άγριου τύπου αλλά όχι στον αμφιβληστροειδή rd1. Η ηλεκτρική διέγερση κατά τη λειτουργία της συσκευής προκάλεσε αιχμές RGC και στους δύο αμφιβληστροειδή, με παρόμοιο μέγεθος ηλεκτρικού δυναμικού στον αμφιβληστροειδή άγριου τύπου και στον αμφιβληστροειδή rd1.

In vivo αποκατάσταση της όρασης

Στη συνέχεια, η ομάδα εξέτασε εάν η συσκευή θα μπορούσε να αποκαταστήσει την όραση σε ποντίκια rd1 με ένα πλήρως εκφυλισμένο στρώμα φωτοϋποδοχέα. Η προσάρτηση της συσκευής στην επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς του ζώου δεν προκάλεσε αξιοσημείωτη βλάβη ή αιμορραγία και τα ηλεκτρόδια παρέμειναν ανέπαφα όταν εμφυτεύτηκαν στην επιφάνεια του αμφιβληστροειδούς.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές πρόβαλαν ορατό φως στο μάτι του ζώου και κατέγραψαν τις νευρικές αποκρίσεις σε πραγματικό χρόνο στον αμφιβληστροειδή. Λόγω της πολυπλοκότητας της δραστηριότητας του αμφιβληστροειδούς, χρησιμοποίησαν μη εποπτευόμενη μηχανική εκμάθηση για την επεξεργασία σήματος. Διαπίστωσαν ότι ο φωτισμός προκάλεσε αιχμηρή δραστηριότητα στα RGC του αμφιβληστροειδούς του ζώου, δημιουργώντας αιχμές RGC με σταθερό δυναμικό μέγεθος και ρυθμούς πυροδότησης.

Για να διερευνήσουν εάν το εμφύτευμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αναγνώριση αντικειμένων, οι ερευνητές εξέθεσαν επίσης το μάτι στο φως λέιζερ μέσω μιας μάσκας με σχέδια, παρατηρώντας ότι οι φωτισμένες περιοχές εμφάνιζαν μεγαλύτερες αποκρίσεις αμφιβληστροειδούς από τις περιοχές που παραμένουν στο σκοτάδι. Η σύγκριση των μέγιστων ρυθμών πυροδότησης που καταγράφηκαν από τα πλήρως φωτισμένα ηλεκτρόδια και τα ηλεκτρόδια σκοτεινής κατάστασης έδειξε ότι η δραστηριότητα RGC στις φωτισμένες περιοχές ήταν περίπου τέσσερις φορές υψηλότερη από τη δραστηριότητα RGC φόντου.

Οι ακτίνες υπερήχων ενεργοποιούν τους νευρώνες στο μάτι για να βοηθήσουν στην αποκατάσταση της όρασης

"Ο ίη νίνο πειράματα επιβεβαίωσαν ότι η ενίσχυση του σήματος λόγω του φωτισμού του ορατού φωτός προκαλεί αποκρίσεις σε πραγματικό χρόνο στα RGC της τοπικής περιοχής όπου το φως προσπίπτει για ζωντανά ποντίκια rd1 με μαζική εκφύλιση φωτοϋποδοχέων, υποδηλώνοντας την αποκατάσταση της όρασής τους», γράφουν οι ερευνητές. Επισημαίνουν ότι αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στην ανάπτυξη εξατομικευμένων τεχνητών αμφιβληστροειδών για ασθενείς με ανομοιόμορφη εκφύλιση του αμφιβληστροειδούς.

Στη συνέχεια, η ομάδα σχεδιάζει να πραγματοποιήσει εξετάσεις του τεχνητού αμφιβληστροειδούς σε μεγαλύτερα ζώα. «Μετά από ενδελεχή επικύρωση της συσκευής μας σε μεγαλύτερα ζώα, ο απώτερος στόχος μας είναι να διεξάγουμε κλινικές δοκιμές», λέει ο Chung Κόσμος Φυσικής.

Οι ερευνητές αναφέρουν τα ευρήματά τους στο Φύση Νανοτεχνολογία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration/