유연한 임플란트는 망막 변성 후 시력 회복 가능성을 보여줍니다.

유연한 임플란트는 망막 변성 후 시력 회복 가능성을 보여줍니다.

타임 스탬프 : 1 년 2024 월 4 일 오전 00:XNUMX

<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="연질 인공망막 불규칙한 망막 표면 근처에 3D 액체 금속 미세 전극이 통합된 인공 망막을 보여주는 개략도입니다. 기둥 모양의 전극은 망막 신경절 세포(보라색)를 직접 자극합니다. (제공: CC BY 4.0/Nat. 나노 테크 놀. 10.1038/s41565-023-01587-w)”> 인공망막 개략도
연질 인공망막 불규칙한 망막 표면 근처에 3D 액체 금속 미세 전극이 통합된 인공 망막을 보여주는 개략도입니다. 기둥 모양의 전극은 망막 신경절 세포(보라색)를 직접 자극합니다. (제공: CC BY 4.0/Nat. 나노 테크 놀. 10.1038/s41565-023-01587-w)

망막의 퇴행성 질환은 광수용체 세포를 손상시키거나 파괴하여 심각한 시력 장애를 초래할 수 있습니다. 잃어버린 시력을 회복할 수 있는 유망한 방법 중 하나는 외부 빛을 감지하고 이에 반응하여 신경절 및 양극성 세포와 같은 내부 망막 뉴런을 자극함으로써 작동하는 전자 망막 보형물을 이식하는 것입니다.

그러나 기존 망막 임플란트에는 연망막 조직을 손상시킬 수 있는 견고한 자극 전극이 포함되어 있습니다. 또한 견고한 전극과 구부러진 망막 표면 사이의 불일치로 인해 심각한 망막 퇴행성 질환이 있는 환자의 경우 특히 불규칙할 수 있습니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 연구팀은 연세대 학교 한국에서는 독성이 낮은 본질적으로 부드러운 액체 금속인 공융 갈륨-인듐 합금으로 만든 자극 전극과 유연한 초박형 광트랜지스터 어레이를 결합한 연질 망막 보형물을 개발했습니다.

이 “인공망막”을 만들기 위해 제1저자는 정원기 그리고 동료들은 고해상도 광트랜지스터 배열(50μm 피치의 50 x 100 픽셀)과 그 위에 3D 인쇄된 액체 금속 전극으로 시작했습니다. 전극은 기둥 모양의 프로브 배열(직경 20μm, 높이 60μm)을 형성하며 망막 표면에 배치하면 망막 신경절 세포(RGC)를 직접 자극합니다.

각 전극의 끝은 백금 나노클러스터로 코팅되어 나노미터 규모의 거칠기를 추가하고 망막 뉴런으로의 전하 주입을 개선합니다. 광트랜지스터를 조명하면 전극을 통해 RGC에 전하를 주입하는 광전류가 생성됩니다. RGC 내에서 유발된 활동 전위는 시신경으로 이동하여 시각 정보를 생성합니다.

<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="고해상도 어레이 왼쪽: 3D 액체 금속 미세 전극(스케일 바, 1mm)과 통합된 트랜지스터 어레이. 오른쪽: 50μm 높이의 미세 전극(스케일 바, 50μm)을 보여주는 60 × 100 픽셀 어레이의 주사 전자 현미경 이미지. (제공: CC BY 4.0/Nat. 나노 테크 놀. 10.1038/s41565-023-01587-w)” title=”팝업에서 이미지를 열려면 클릭하세요” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential- 복원-시력-후-망막 변성-물리-세계-1.jpg”>액체 금속 미세 전극과 통합된 트랜지스터 어레이
고해상도 어레이 왼쪽: 3D 액체 금속 미세 전극(스케일 바, 1mm)과 통합된 트랜지스터 배열. 오른쪽: 60μm 높이의 미세 전극(스케일 바, 100μm)을 보여주는 주사 전자 현미경 이미지. (제공: CC BY 4.0/Nat. 나노 테크 놀. 10.1038/s41565-023-01587-w)

연구진은 다양한 작업을 수행했습니다. 생체내에서 장치의 생체 적합성을 평가하기 위한 테스트입니다. 살아있는 망막 퇴행성(rd1) 쥐에 이식한 지 XNUMX주 후, 출혈, 염증 또는 백내장의 징후가 발견되지 않았으며 망막 두께에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 그들은 장치의 망막앞 배치(전극 팁이 RGC 층에 위치한 유리체 내부)가 이전 임플란트에 필요한 망막하 이식보다 더 안전하고 덜 침습적이라는 점에 주목했습니다.

인공 망막을 더 평가하기 위해 팀은 다음을 수행했습니다. 예 생체 야생형 마우스와 rd1 마우스 모두에서 분리된 망막에 장치를 배치하여 실험했습니다. 청색광을 이용한 시각적 자극(장치 작동 없이 수행)은 야생형 망막에서 반응을 유도했지만 rd1 망막에서는 반응을 유도하지 않았습니다. 장치 작동 중 전기 자극으로 인해 두 망막 모두에서 RGC 스파이크가 발생했으며 야생형 및 rd1 망막에서 비슷한 크기의 전기 유발 전위가 발생했습니다.

생체 내 시력 회복

다음으로, 연구팀은 이 장치가 완전히 퇴화된 광수용체 층을 가진 rd1 쥐의 시력을 회복할 수 있는지 여부를 조사했습니다. 장치를 동물의 망막 표면에 부착해도 눈에 띄는 손상이나 출혈이 발생하지 않았으며 망막 표면에 이식했을 때 전극은 그대로 유지되었습니다.

그런 다음 연구자들은 가시광선을 동물의 눈에 투사하고 망막의 실시간 신경 반응을 기록했습니다. 망막 활동의 복잡성으로 인해 그들은 신호 처리를 위해 비지도 기계 학습을 사용했습니다. 그들은 조명이 동물 망막의 RGC에서 스파이크 활동을 유도하여 일관된 전위 크기와 발사 속도로 RGC 스파이크를 생성한다는 것을 발견했습니다.

임플란트가 물체 인식에 사용될 수 있는지 조사하기 위해 연구원들은 패턴 마스크를 통해 눈을 레이저 광에 노출시켰고, 조명된 영역이 어둠 속에 남아 있는 영역보다 더 큰 망막 반응을 나타내는 것을 관찰했습니다. 완전히 조명된 전극과 어두운 상태 전극에서 기록된 최대 발사 속도를 비교하면 조명된 영역의 RGC 활동이 배경 RGC 활동보다 약 ​​4배 더 높은 것으로 나타났습니다.

"그만큼 생체내에서 실험을 통해 가시광선 조명으로 인한 신호 증폭이 대규모 광수용체 퇴화를 겪고 있는 살아있는 rd1 생쥐의 경우 빛이 입사되는 국소 영역의 RGC에서 실시간 반응을 유도한다는 사실이 확인되었으며, 이는 이들의 시력 회복을 시사합니다.”라고 연구진은 썼습니다. 그들은 이러한 발견이 고르지 않은 망막 변성을 가진 환자를 위한 맞춤형 인공 망막을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 지적합니다.

다음으로 연구팀은 더 큰 동물을 대상으로 인공 망막 검사를 실시할 계획이다. 정 교수는 “더 큰 동물을 대상으로 우리 장치를 철저하게 검증한 후 최종 목표는 임상시험을 진행하는 것”이라고 말했다. 물리 세계.

연구진은 자연 나노 기술.

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