Flexibelt implantat visar potential att återställa synen efter retinal degeneration – 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="Mjuk konstgjord näthinna Schematisk bild som visar den konstgjorda näthinnan integrerad med 3D flytande metallmikroelektroder nära den oregelbundna näthinnan. De pelarliknande elektroderna stimulerar direkt de retinala gangliecellerna (lila). (Med tillstånd: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknik. 10.1038/s41565-023-01587-w)”>

Degenerativa sjukdomar i näthinnan kan skada eller förstöra fotoreceptorceller, vilket resulterar i allvarlig synnedsättning. Ett lovande sätt att återställa förlorad syn är att implantera en elektronisk retinalprotes, som fungerar genom att detektera externt ljus och stimulera inre retinala nervceller som ganglion och bipolära celler som svar.

Befintliga retinala implantat innehåller dock stela stimuleringselektroder som kan skada mjuk retinal vävnad. De lider också av en obalans mellan de stela elektroderna och den krökta näthinneytan, vilket kan vara särskilt oregelbundet hos patienter med allvarlig degenerativ sjukdom i näthinnan.

För att ta itu med dessa begränsningar begav sig ett forskarteam upp kl Yonsei universitet i Korea har utvecklat en mjuk näthinneprotes som kombinerar flexibla ultratunna fototransistormatriser med stimuleringselektroder gjorda av eutektisk gallium-indium-legering, en i sig själv mjuk flytande metall med låg toxicitet.

För att skapa denna "konstgjorda näthinna", första författare Vann Gi Chung och kollegor började med en högupplöst fototransistoruppsättning (50 × 50 pixlar med 100 µm pitch) och 3D-tryckta flytande metallelektroder ovanpå. Elektroderna bildar en rad pelarliknande sonder (20 µm i diameter och 60 µm på höjden) som, när de placeras på näthinneytan, direkt stimulerar retinala ganglionceller (RGC).

Spetsen på varje elektrod är belagd med platinananokluster, som ger nanometerskala grovhet och förbättrar laddningsinjektion i näthinneneuronerna. Att belysa fototransistorerna genererar en fotoström som injicerar laddning i RGC:erna genom elektroderna. Handlingspotentialerna som framkallas inom RGC:erna reser sedan till synnerven för att skapa den visuella informationen.

<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="Högupplöst array Till vänster: en transistoruppsättning integrerad med 3D-mikroelektroder av flytande metall (skalbar, 1 mm). Till höger: svepelektronmikroskopibild av 50 × 50 pixelmatrisen som visar de 60 µm höga mikroelektroderna (skalstapel, 100 µm). (Med tillstånd: CC BY 4.0/Nat. Nanoteknik. 10.1038/s41565-023-01587-w)” title=”Klicka för att öppna bild i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/flexible-implant-shows-potential- to-restore-vision-efter-retinal-degeneration-physics-world-1.jpg”>

Forskarna utförde olika in vivo- tester för att bedöma enhetens biokompatibilitet. Fem veckor efter implantation i levande näthinnedegenerativa (rd1) möss fann de inga tecken på blödning, inflammation eller grå starr och ingen signifikant påverkan på näthinnetjockleken. De noterar att enhetens epiretinala placering – inuti glaskroppen med elektrodspetsarna placerade på RGC-skiktet – är säkrare och mindre invasiv än den subretinala implantationen som krävs av tidigare implantat.

För att utvärdera deras konstgjorda näthinna ytterligare utförde teamet ex vivo experiment genom att placera enheten på isolerade näthinnor från både vildtyps- och rd1-möss. Visuell stimulering med blått ljus (utförd utan enhetsdrift) inducerade ett svar i vildtypsnäthinnan men inte rd1-näthinnan. Elektrisk stimulering under enhetens drift orsakade RGC-spikar i båda näthinnorna, med en liknande storlek på elektriskt framkallad potential i vildtyps- och rd1-näthinnan.

In vivo synåterställning

Därefter undersökte teamet om enheten kunde återställa synen till rd1-möss med ett helt degenererat fotoreceptorlager. Att fästa anordningen på djurets näthinneyta orsakade ingen märkbar skada eller blödning, och elektroderna förblev intakta när de implanterades på näthinnans yta.

Forskarna projicerade sedan synligt ljus på djurets öga och registrerade neurala svar i realtid på näthinnan. På grund av komplexiteten i näthinnans aktivitet använde de oövervakad maskininlärning för signalbehandling. De fann att belysningen inducerade spikaktivitet i RGC:erna på djurets näthinna, vilket skapade RGC-spikar med konsekvent potentiell storlek och avfyringshastighet.

För att undersöka om implantatet kan användas för objektigenkänning, exponerade forskarna också ögat för laserljus genom en mönstrad mask, och observerade att upplysta områden uppvisade större retinala svar än områden kvar i mörkret. Att jämföra de maximala avfyrningshastigheterna som registrerats från helt upplysta elektroder och elektroder i mörkt tillstånd visade att RGC-aktiviteten i de upplysta områdena var ungefär fyra gånger högre än bakgrunds-RGC-aktiviteten.

Ultraljudsstrålar aktiverar nervceller i ögat för att hjälpa till att återställa synen

"The in vivo- experiment bekräftade att signalförstärkningen på grund av belysning av synligt ljus inducerar realtidssvar i RGC:erna i det lokala området där ljuset infaller för levande rd1-möss med massiv fotoreceptordegeneration, vilket tyder på att deras syn återställs, skriver forskarna. De påpekar att dessa fynd kan användas för att hjälpa till att utveckla personliga konstgjorda näthinnor för patienter med ojämn retinal degeneration.

Därefter planerar teamet att genomföra undersökningar av den konstgjorda näthinnan på större djur. "Efter att ha noggrant validerat vår enhet på större djur, är vårt slutmål att genomföra kliniska prövningar," säger Chung Fysikvärlden.

Forskarna rapporterar sina resultat i Natur nanoteknik.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/flexible-implant-shows-potential-to-restore-vision-after-retinal-degeneration/