Augenprothese gibt Patienten mit unheilbarem Sehverlust das Augenlicht zurück
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Stanford-Forscher haben eine drahtlose Netzhautprothese entwickelt, die das Sehvermögen von Patienten mit fortgeschrittener Makuladegeneration verbessert. Das PRIMA-Gerät projiziert Infrarotbilder von einer Hightech-Brille auf einen Chip im Auge und ersetzt so die geschädigten Fotorezeptoren. Die Ergebnisse der klinischen Studie zeigen eine deutliche Verbesserung der Lesefähigkeit und der allgemeinen Lebensqualität der Teilnehmer.
Ein winziger drahtloser Chip, der in den Augenhintergrund implantiert wird, und eine Hightech-Brille haben bei Menschen mit einer fortgeschrittenen Form der altersbedingten Makuladegeneration das Sehvermögen teilweise wiederhergestellt. In einer klinischen Studie, die von Forschern der Stanford Medicine und internationalen Mitarbeitern geleitet wurde, hatten 27 von 32 Teilnehmern ein Jahr nach der Implantation des Geräts ihre Fähigkeit zum Lesen wiedererlangt.
Mit den durch das Gerät ermöglichten digitalen Verbesserungen, wie z. B. Zoom und höherer Kontrast, konnten einige Teilnehmer mit einer Sehschärfe lesen, die einer Sehschärfe von 20/42 entspricht. Die Ergebnisse der Studie wurden im New England Journal of Medicine veröffentlicht.
Das an der Stanford Medicine entwickelte Gerät namens PRIMA ist die erste Augenprothese, die Patienten mit unheilbarem Sehverlust das funktionelle Sehvermögen zurückgibt und ihnen die Fähigkeit verleiht, Formen und Muster wahrzunehmen - auch bekannt als Formsehen.
"Alle bisherigen Versuche, das Sehen mit Prothesen zu ermöglichen, führten im Wesentlichen zu einer Lichtempfindlichkeit und nicht zu einem wirklichen Formsehen", sagte Dr. Daniel Palanker, Professor für Augenheilkunde und Mitautor der Studie. "Wir sind die ersten, die Formsehen bieten.
Der andere Hauptautor ist José-Alain Sahel, MD, Professor für Augenheilkunde an der University of Pittsburgh School of Medicine. Der Hauptautor ist Frank Holz, MD, Professor für Augenheilkunde an der Universität Bonn in Deutschland.
Das zweiteilige Gerät besteht aus einer kleinen, an einer Brille befestigten Kamera, die Bilder aufnimmt und sie in Echtzeit über Infrarotlicht an einen drahtlosen Chip im Auge projiziert. Der Chip wandelt die Bilder in elektrische Stimulation um und ersetzt so die natürlichen, durch Krankheit geschädigten Photorezeptoren.
PRIMA ist das Ergebnis jahrzehntelanger Entwicklung, von Prototypen, Tierversuchen und einer kleinen ersten Studie am Menschen.
Palanker stellte sich ein solches Gerät erstmals vor 20 Jahren vor, als er mit Augenlasern arbeitete, die zur Behandlung von Augenkrankheiten eingesetzt werden. "Ich erkannte, dass wir uns die Tatsache zunutze machen sollten, dass das Auge transparent ist und Informationen durch Licht übermittelt werden können", sagte er. "Das Gerät, das wir uns 2005 ausgedacht haben, funktioniert jetzt bei Patienten bemerkenswert gut."
Links: Simulation des Sehvermögens eines Patienten mit Makuladegeneration, rechts: Simulation des mit der PRIMA-Augenprothese verbesserten Sehvermögens des Patienten.
Palanker Lab
Verloren gegangene Photorezeptoren ersetzen
Die Teilnehmer an der neuen Studie litten an einer fortgeschrittenen Form der altersbedingten Makuladegeneration, der so genannten geografischen Atrophie, bei der das zentrale Sehvermögen allmählich verloren geht. Weltweit sind über 5 Millionen Menschen von dieser Krankheit betroffen, und sie ist die häufigste Ursache für irreversible Erblindung bei älteren Menschen.
Die Makuladegeneration zerstört die lichtempfindlichen Photorezeptoren in der Mitte der Netzhaut, dem dünnen Nervengewebe im hinteren Teil des Auges, das Licht in elektrische Signale umwandelt, die dann an das Gehirn weitergeleitet werden. Bei den meisten Patienten bleiben jedoch einige Fotorezeptorzellen erhalten, die das Sehen in der Peripherie ermöglichen, sowie die Netzhautneuronen, die Informationen von den Fotorezeptoren weiterleiten.
Weltweit sind über 5 Millionen Menschen von einer Form der altersbedingten Makuladegeneration betroffen, die als geografische Atrophie bezeichnet wird.
Das neue Gerät nutzt das, was erhalten ist.
Der 2 mal 2 Millimeter große Chip, der die Bilder empfängt, wird in den Teil der Netzhaut implantiert, in dem die Photorezeptoren verloren gegangen sind. Der Chip ist empfindlich für Infrarotlicht, das von der Brille projiziert wird, im Gegensatz zu echten Fotorezeptoren, die nur auf sichtbares Licht reagieren.
"Die Projektion erfolgt über Infrarot, weil wir sicherstellen wollen, dass sie für die verbleibenden Photorezeptoren außerhalb des Implantats unsichtbar ist", so Palanker.
Das Design bedeutet, dass die Patienten ihr natürliches peripheres Sehvermögen zusammen mit dem zentralen Sehvermögen der Prothese nutzen können, was ihnen bei der Orientierung und Navigation hilft.
"Die Tatsache, dass sie gleichzeitig mit der Prothese und dem peripheren Sehen sehen können, ist wichtig, weil sie so ihr Sehvermögen voll ausschöpfen können", so Palanker.
Da der Chip photovoltaisch ist, d. h. er braucht nur Licht, um elektrischen Strom zu erzeugen, kann er drahtlos arbeiten und unter die Netzhaut implantiert werden. Bisherige Augenprothesen benötigten eine externe Stromquelle und ein Kabel, das aus dem Auge herausgeführt wurde.
Wieder lesen
An der neuen Studie nahmen 38 Patienten teil, die älter als 60 Jahre waren, eine geografische Atrophie aufgrund altersbedingter Makuladegeneration aufwiesen und auf mindestens einem Auge schlechter als 20/320 sahen.
Vier bis fünf Wochen nach der Implantation des Chips in ein Auge begannen die Patienten, die Brille zu benutzen. Obwohl einige Patienten sofort Muster erkennen konnten, verbesserte sich die Sehschärfe bei allen Patienten im Laufe der Monate des Trainings.
"Es kann mehrere Monate dauern, bis man eine Spitzenleistung erreicht - ähnlich wie bei Cochlea-Implantaten, um eine Hörprothese zu erlernen", so Palanker.
Von den 32 Patienten, die die einjährige Studie abschlossen, konnten 27 lesen und 26 zeigten eine klinisch bedeutsame Verbesserung der Sehschärfe, die als die Fähigkeit definiert wurde, mindestens zwei zusätzliche Zeilen auf einer Standard-Augenkarte zu lesen. Im Durchschnitt verbesserte sich die Sehschärfe der Teilnehmer um 5 Zeilen, bei einem Teilnehmer sogar um 12 Zeilen.
Die Teilnehmer nutzten die Prothese im täglichen Leben, um Bücher, Lebensmitteletiketten und U-Bahn-Schilder zu lesen. Die Brille ermöglichte es ihnen, Kontrast und Helligkeit einzustellen und bis zu 12-fach zu vergrößern. Zwei Drittel gaben an, mit dem Gerät mittel bis sehr zufrieden zu sein.
Bei neunzehn Teilnehmern traten Nebenwirkungen auf, darunter okuläre Hypertension (hoher Druck im Auge), Risse in der peripheren Netzhaut und subretinale Blutungen (Blutansammlungen unter der Netzhaut). Keine davon war lebensbedrohlich, und fast alle klangen innerhalb von zwei Monaten ab.
Zukunftsvisionen
Im Moment bietet das PRIMA-Gerät nur Schwarz-Weiß-Sehen ohne Zwischentöne, aber Palanker entwickelt eine Software, die bald die gesamte Palette der Graustufen ermöglichen wird.
"Ganz oben auf der Wunschliste der Patienten steht das Lesen, aber ganz dicht dahinter folgt die Gesichtserkennung", sagt er. "Und die Gesichtserkennung erfordert Graustufen".
Er entwickelt auch Chips, die eine höhere Auflösung bieten. Die Auflösung wird durch die Größe der Pixel auf dem Chip begrenzt. Derzeit sind die Pixel 100 Mikrometer breit, mit 378 Pixeln auf jedem Chip. Die neue Version, die bereits an Ratten getestet wurde, könnte Pixel mit einer Breite von nur 20 Mikrometern und 10.000 Pixeln auf jedem Chip haben.
Palanker will das Gerät auch für andere Arten von Blindheit testen, die durch den Verlust von Photorezeptoren verursacht werden.
"Dies ist die erste Version des Chips, und die Auflösung ist relativ gering", sagte er. "Die nächste Generation des Chips mit kleineren Pixeln wird eine bessere Auflösung haben und mit einer eleganteren Brille kombiniert werden.
Ein Chip mit 20-Mikrometer-Pixeln könnte einem Patienten eine Sehschärfe von 20/80 bieten, so Palanker. "Aber mit elektronischem Zoom könnten sie fast 20/20 erreichen.
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