柔性植入物显示出在视网膜退化后恢复视力的潜力 – 物理世界

柔性植入物显示出在视网膜退化后恢复视力的潜力 – 物理世界

时间戳：1年2024月4日上午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="软人工视网膜 示意图显示了靠近不规则视网膜表面与 3D 液态金属微电极集成的人造视网膜。柱状电极直接刺激视网膜神经节细胞（紫色）。 （礼貌：CC BY 4.0/纳特 纳米技术。 10.1038/s41565-023-01587-w)”> 人工视网膜示意图
软人工视网膜 示意图显示了靠近不规则视网膜表面与 3D 液态金属微电极集成的人造视网膜。柱状电极直接刺激视网膜神经节细胞（紫色）。 （礼貌：CC BY 4.0/纳特 纳米技术。 10.1038/s41565-023-01587-w)

视网膜退行性疾病会损害或破坏感光细胞，导致严重的视力障碍。恢复视力的一种有前途的方法是植入电子视网膜假体，其工作原理是检测外部光线并刺激内部视网膜神经元（例如神经节和双极细胞）做出反应。

然而，现有的视网膜植入物包含刚性刺激电极，可能会损坏软视网膜组织。它们还存在刚性电极和弯曲视网膜表面之间不匹配的问题，这在患有严重视网膜退行性疾病的患者中尤其不规则。

为了解决这些限制，一个研究小组领导 延世大学 韩国开发了一种软视网膜假体，将柔性超薄光电晶体管阵列与共晶镓铟合金（一种本质上柔软的低毒性液态金属）制成的刺激电极结合在一起。

创造这个“人造视网膜”，第一作者 元基正 和同事从高分辨率光电晶体管阵列（50 × 50 像素，间距 100 µm）和顶部的 3D 打印液态金属电极开始。电极形成一系列柱状探针（直径 20 µm，高 60 µm），当放置在视网膜表面时，直接刺激视网膜神经节细胞 (RGC)。

每个电极的尖端都涂有铂纳米团簇，增加了纳米级粗糙度并改善了视网膜神经元的电荷注入。照亮光电晶体管会产生光电流，通过电极将电荷注入 RGC。 RGC 内诱发的动作电位随后传输至视神经以产生视觉信息。

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高分辨率阵列 左：与 3D 液态金属微电极集成的晶体管阵列（比例尺，1 毫米）。右：扫描电子显微镜图像显示 60 µm 高的微电极（比例尺，100 µm）。 （礼貌：CC BY 4.0/纳特 纳米技术。 10.1038/s41565-023-01587-w)

研究人员进行了各种 体内 评估设备生物相容性的测试。植入活体视网膜退行性（rd1）小鼠五周后，他们没有发现出血、炎症或白内障的迹象，并且对视网膜厚度没有显着影响。他们指出，该设备的视网膜前植入（玻璃体内部，电极尖端位于 RGC 层上）比之前植入所需的视网膜下植入更安全且侵入性更小。

为了进一步评估他们的人造视网膜，研究小组进行了 体外 通过将该装置放置在野生型和 rd1 小鼠的分离视网膜上进行实验。蓝光视觉刺激（无需设备操作）会在野生型视网膜中引起反应，但不会在 rd1 视网膜中引起反应。设备操作期间的电刺激导致两个视网膜中的 RGC 尖峰，野生型和 rd1 视网膜中的电诱发电位大小相似。

体内 视力恢复

接下来，研究小组检查了该设备是否可以恢复光感受器层完全退化的 rd1 小鼠的视力。将设备连接到动物的视网膜表面不会造成明显的损伤或出血，并且电极在植入视网膜表面时保持完整。

然后研究人员将可见光投射到动物的眼睛上，并记录视网膜上的实时神经反应。由于视网膜活动的复杂性，他们使用无监督机器学习进行信号处理。他们发现，光照会诱导动物视网膜 RGC 的尖峰活动，从而产生具有一致电位强度和放电率的 RGC 尖峰。

为了研究植入物是否可用于物体识别，研究人员还通过图案掩模将眼睛暴露在激光下，观察到照明区域比黑暗区域表现出更大的视网膜反应。比较完全照明电极和暗态电极记录的最大放电率表明，照明区域的 RGC 活动大约是背景 RGC 活动的四倍。

“ 体内 实验证实，对于光感受器严重退化的活体 rd1 小鼠，可见光照明引起的信号放大会引起光入射局部区域 RGC 的实时反应，这表明它们的视力得到了恢复。”研究人员写道。他们指出，这些发现可用于帮助为患有不均匀视网膜变性的患者开发个性化的人工视网膜。

接下来，研究小组计划对大型动物的人工视网膜进行检查。 “在大型动物身上彻底验证我们的设备后，我们的最终目标是进行临床试验，”Chung 说 物理世界.

研究人员报告了他们的发现 自然纳米技术.

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