Fleksibelt implantat viser potensial til å gjenopprette synet etter netthinnedegenerasjon – Physics World

Fleksibelt implantat viser potensial til å gjenopprette synet etter netthinnedegenerasjon – Physics World

Tidsstempel: 1. februar 2024 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="Myk kunstig netthinnen Skjematisk som viser den kunstige netthinnen integrert med 3D flytende metallmikroelektroder nær den uregelmessige netthinnens overflate. De søyle-lignende elektrodene stimulerer retinal ganglion celler (lilla). (Med tillatelse: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)”> Kunstig netthinnen skjematisk
Myk kunstig netthinnen Skjematisk som viser den kunstige netthinnen integrert med 3D flytende metallmikroelektroder nær den uregelmessige netthinnens overflate. De søyle-lignende elektrodene stimulerer retinal ganglion celler (lilla). (Med tillatelse: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Degenerative sykdommer i netthinnen kan skade eller ødelegge fotoreseptorceller, noe som resulterer i alvorlig synshemming. En lovende måte å gjenopprette tapt syn er å implantere en elektronisk netthinneprotese, som fungerer ved å oppdage eksternt lys og stimulere indre retinale nevroner som ganglion og bipolare celler som respons.

Eksisterende retinale implantater inneholder imidlertid stive stimuleringselektroder som kan skade mykt retinalvev. De lider også av et misforhold mellom de stive elektrodene og den buede netthinneoverflaten, noe som kan være spesielt uregelmessig hos pasienter med alvorlig netthinnedegenerativ sykdom.

For å adressere disse begrensningene dro et forskerteam opp kl Yonsei University i Korea har utviklet en myk retinalprotese som kombinerer fleksible ultratynne fototransistor-arrayer med stimuleringselektroder laget av eutektisk gallium-indium-legering, et i seg selv mykt flytende metall med lav toksisitet.

For å lage denne "kunstige netthinnen", førsteforfatter Vant Gi Chung og kollegene startet med en høyoppløselig fototransistor-array (50 × 50 piksler med 100 µm pitch) og 3D-trykte flytende metallelektroder på toppen. Elektrodene danner en rekke søylelignende prober (20 µm i diameter og 60 µm i høyden) som, når de plasseres på netthinnens overflate, direkte stimulerer retinale ganglionceller (RGCs).

Spissen av hver elektrode er belagt med platinananokluster, som tilfører nanometerskala ruhet og forbedrer ladningsinjeksjon i netthinneneuronene. Å belyse fototransistorene genererer en fotostrøm som injiserer ladning inn i RGC-ene gjennom elektrodene. Aksjonspotensialene som fremkalles i RGC-ene reiser deretter til synsnerven for å lage den visuelle informasjonen.

<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="Høyoppløselig array Til venstre: en transistorarray integrert med 3D flytende metallmikroelektroder (skalastang, 1 mm). Høyre: skanningselektronmikroskopibilde av 50 × 50 pikselarrayen som viser de 60 µm høye mikroelektrodene (skalastrek, 100 µm). (Med tillatelse: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential- å-gjenopprette-syn-etter-retinal-degenerasjon-fysikk-verden-1.jpg”>Transistor array integrert med flytende metall mikroelektroder
Høyoppløselig array Venstre: transistorarray integrert med 3D flytende metallmikroelektroder (skalastang, 1 mm). Høyre: skanningselektronmikroskopibilde som viser de 60 µm høye mikroelektrodene (skalastrek, 100 µm). (Med tillatelse: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknologi. 10.1038/s41565-023-01587-w)

Forskerne utførte ulike in vivo tester for å vurdere enhetens biokompatibilitet. Fem uker etter implantasjon i levende retinal degenerative (rd1) mus, fant de ingen tegn til blødning, betennelse eller grå stær og ingen signifikant innvirkning på retinal tykkelse. De bemerker at enhetens epiretinale plassering – inne i glasslegemet med elektrodespissene plassert på RGC-laget – er tryggere og mindre invasiv enn den subretinale implantasjonen som kreves av tidligere implantater.

For å evaluere deres kunstige netthinnen videre, utførte teamet ex vivo eksperimenter ved å plassere enheten på isolerte netthinnene fra både villtype- og rd1-mus. Visuell stimulering med blått lys (utført uten enhetsdrift) induserte en respons i villtype-netthinnen, men ikke rd1-netthinnen. Elektrisk stimulering under drift av enheten forårsaket RGC-topper i begge netthinnene, med en lignende størrelse på elektrisk fremkalt potensial i villtype- og rd1-netthinnen.

In vivo restaurering av synet

Deretter undersøkte teamet om enheten kunne gjenopprette synet til rd1-mus med et fullstendig degenerert fotoreseptorlag. Å feste enheten til dyrets netthinneoverflate forårsaket ingen merkbar skade eller blødning, og elektrodene forble intakte når de ble implantert på netthinneoverflaten.

Forskerne projiserte deretter synlig lys på dyrets øye og registrerte nevrale responser i sanntid på netthinnen. På grunn av kompleksiteten til netthinneaktivitet, brukte de uovervåket maskinlæring for signalbehandling. De fant at belysningen induserte spikeaktivitet i RGC-ene på dyrets netthinnen, og skapte RGC-pigger med konsistent potensiell størrelse og avfyringshastighet.

For å undersøke om implantatet kan brukes til gjenkjenning av gjenstander, eksponerte forskerne også øyet for laserlys gjennom en mønstret maske, og observerte at opplyste områder viste større netthinneresponser enn områder som ble igjen i mørket. Sammenligning av maksimale avfyringshastigheter registrert fra fullt opplyste elektroder og elektroder i mørk tilstand viste at RGC-aktiviteten i de opplyste områdene var omtrent fire ganger høyere enn bakgrunns-RGC-aktiviteten.

"The in vivo Eksperimenter bekreftet at signalforsterkningen på grunn av belysning av synlig lys induserer sanntidsresponser i RGC-ene i det lokale området der lyset inntreffer for levende rd1-mus med massiv fotoreseptordegenerasjon, noe som tyder på gjenoppretting av synet deres, skriver forskerne. De påpeker at disse funnene kan brukes til å utvikle personlig tilpassede kunstige netthinnene for pasienter med ujevn netthinnedegenerasjon.

Deretter planlegger teamet å gjennomføre undersøkelser av den kunstige netthinnen på større dyr. "Etter å ha grundig validert enheten vår på større dyr, er vårt endelige mål å gjennomføre kliniske studier," forteller Chung Fysikkens verden.

Forskerne rapporterer sine funn i Natur Nanoteknologi.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden