Імплантати сітківки — клас біомедичних технологій, здатних замінити собою сітківку ока в разі її пошкодження або дисфункції.
В даний час імплантати сітківки розробляються низкою приватних компаній і науково-дослідних інститутів по всьому світу. Імплантат призначений для часткового відновлення корисного зору людям, які втратили зір, зокрема, внаслідок дегенеративних захворювань очей, таких як пігментний ретиніт або макулярна дегенерація. У клінічних випробуваннях в даний час знаходяться три типи імплантатів сітківки: епіретинальних імплантати (на сітківці), субретинальної імплантати (позаду сітківки), і супрахоріоідальної імплантати (вище судинної оболонки). Імплантати сітківки надають користувачеві можливість бачити з низьким дозволом за допомогою електричної стимуляції збережених клітин сітківки. Такі зображення можуть бути достатніми для відновлення деяких візуальних здібностей, таких як сприйняття світла і розпізнавання об'єктів.
Імплантат сітківки Argus II отримав визнання на ринку в США в лютому 2013 року і в Європі в лютому 2011 року, ставши першим схваленим імплантатом. Пристрій може допомогти дорослим з пігментним ретинітом, які втратили здатність сприймати форми і рухи, щоб бути більш мобільними і виконувати щоденні заходи. Субретинальной же пристрій, відоме як імплантат сітківки, спочатку було розроблено в Німеччині. Воно завершило багатоцентрові клінічні дослідження в Європі і була увінчана CE маркуванням в 2013 році, що робить його першим бездротовим субретинальной пристроєм, який може отримати визнання на ринку.
Історія Ферстер першим відкрив, що електрична стимуляція в потиличній корі може бути використана для створення візуальних сприйнять, фосфенів. Перший такий стимулятор для відновлення зору був розроблений докторами Брайндлі ( і Левіним ( в 1968 році. Цей експеримент продемонстрував життєздатність створення візуальних сприйнять за допомогою прямої електричної стимуляції, і це спонукало до створення інших таких пристроїв для стимуляції зорового шляху, в тому числі імплантатів сітківки. Пристрої стимуляції сітківки стали об'єктом досліджень, так як приблизно половина всіх випадків сліпоти викликані пошкодженням сітківки. Розвиток імплататів сітківки був також частково мотивованим просуванням і успіхом кохлеарних імплантатів, який продемонстрував можливість відновлення значної сенсорної функції при обмеженій вхідній інформації.
Кандидати Оптимальними кандидатами для застосування імплантатів сітківки ока є такі захворювання сітківки, як пігментний ретиніт або вікова макулярна дегенерація. Ці хвороби призводять до сліпоти, впливаючи на фоторецепторні клітини в зовнішньому шарі сітківки, залишаючи внутрішній і середній шари сітківки без змін. Як мінімум, у пацієнта повинен бути недоторканий шар гангліозних клітин для того, щоб бути кандидатом для імплантації. Це може бути виявлено неінвазивним використанням оптичної когерентної томографії (ОКТ). Інші фактори, в тому числі кількість залишкового зору також враховуються при визначенні кандидатів на імплантацію сітківки. У пацієнтів з віковою макулярною дегенерацією, які можуть мати неушкоджені периферичний зір, імплантати сітківки можуть призвести до гібридної формі зору. В цьому випадку імплантат буде доповнювати залишився периферичний зір до центральної зорової інформації.
Типи імплантатів сітківки Є два основних типи імплантатів сітківки. Епіретинальні імплантати поміщають у внутрішню поверхню сітківки, а субретинальні імплантати поміщають між зовнішнім шаром сітківки і пігментним епітелієм сітківки.
Епіретинальні імплантати
Принципи проектування Епіретинальних імплантати розташовані на внутрішній поверхні сітківки, безпосередньо стимулюючи гангліозних клітини в обхід всіх інших шарів сітківки. Епіретинальні імплантати складаються з кремнієвої пластини з масивом платинових електродів, встановленого на внутрішньому шарі сітківки. Масив стабілізується за допомогою мікрогвоздей, з невеликим механічним тиском з боку склистого тіла. Епіретинальний імплантат вимагає зовнішню камеру для отримання зображень. Камера отримує зображення навколишнього середовища, обробляє зображення і передає інформацію про зображення на імплантованих електродний грати по бездротовому каналу телеметрії. Зовнішній передавач також потрібно, щоб забезпечити безперервне живлення імплантату за допомогою радіочастотної індукції або інфрачервоних лазерів. Зовнішня камера і чіп обробки зображення, як правило, встановлюється на окуляри пацієнта. Обробка зображень включає в себе зниження здатності зображення і перетворення зображення в просторові і тимчасові шаблони стимуляції, для активації відповідних клітин сітківки.
Переваги Епіретинальних імплантати мають ту перевагу, що вони обходять більшу частину сітківки, перекриваючи функцію гангліозних клітин у внутрішньому шарі сітківки. Таким чином, епіретинальні імплантати можуть забезпечити зорове сприйняття у людей із захворюваннями сітківки, такими, що виходять за межі фоторецепторного шару. Більшість електроніки може підтримувати пов'язані з нею зовнішні компоненти, що дозволяє знизити розміри імплантату і робити прості поновлення без додаткової операції. Зовнішня електроніка також дозволяє лікарю мати повний контроль над обробкою зображень і адаптувати обробку для кожного пацієнта. Крім того, специфіка розташування епіретинальних імплантатів дозволяє склоподібному тілу служити в якості тепловідводу для імплантату.
Недоліки Основним недоліком епіретинальних імплантатів є необхідність зовнішнього пристрою, який може бути громіздким для шкарпетки. Зовнішня камера також змушує суб'єкта робити рух головою при зміні напрямку погляду. Епіретинальні імплантати можуть стимулювати не тільки гангліозних клітини, але і прилеглі аксони, які можуть бути пов'язані з іншими ретинотопними областями. Це може привести до злегка спотвореної стимуляції шаблону, яка повинна бути виправлена при електронній обробці. Крім того, стимуляція шару гангліозних клітин вимагає більш складних методів обробки зображень для того, щоб врахувати звичайну обробку, пов'язану з обділеними шарами сітківки. У той час як епіретинальний імплантат може бути стабілізовано тиском склоподібного тіла, може знадобитися додаткова механічна фіксація з використанням мікроцвяхів.
Клінічні дослідження Перший епіретинальний імплантат, ARGUS, включав в себе кремнієву пластину з масивом з 16 платинових електродів. Фаза I клінічних випробувань ARGUS почалася у 2002 році імплантацією пристрою шести учасникам. Всі пацієнти повідомили про збільшення яскравості і дискретизації фосфенів, у деяких хворих відзначалося значне поліпшення зорової функції з плином часу. Майбутні версії ARGUS розробляються для все більш щільних матриць електродів, що дозволяє поліпшити просторова роздільність. Найновіший пристрій ARGUS II містить 60 електродів, і 200 електродне пристрій знаходиться в стадії розробки офтальмологів і інженерів в USC Eye Institute. ARGUS II отримало маркетингову атестацію в лютому 2011 року (CE Mark демонструє безпеку і продуктивність) і воно є в Німеччині, Франції, Італії та Великої Британії. Проміжні результати довгострокових досліджень на 30 пацієнтах були опубліковані в Ophthalmology in 2012 . Argus II отримав схвалення від FDA США 14 квітня 2013 року. FDA Approval Boston Subretinal Implant Project розробила також ряд ітерацій функціональних епіретинальних імплантатів, і зосередилася на аналізі функцій імплантатів. Інший епіретинальний пристрій, здатний до навчання імплантат сітківки, було розроблено IIP technologies GmbH, та він почав проходити клінічні випробування. Четвертий епіретинальний пристрій, EPI-RET, було розроблено і почалися клінічні випробування у шести пацієнтів. EPI-RET містить 25 електродів і вимагає заміни кришталика на чіп приймача. Всі суб'єкти продемонстрували здатність до розрізнення різних просторових і тимчасових форм стимуляції.
Субретиальні імплантати
Принципи проектування Субретинальні імплантати знаходяться на зовнішній поверхні сітківки, між шаром фоторецепторів і пігментним епітелієм сітківки, безпосередньо стимулюючи клітини сітківки, спираючись на звичайну обробку внутрішнім і середнім шарами сітківки. Приклеїти субретинальний імплантат в цьому місці відносно просто, так як імплантат механічно обмежений відстанню між зовнішнім шаром сітківки і пігментним епітелієм сітківки. Субретинальний імплантат складається з кремнієвої пластини, що містить світлочутливі мікрофотодіоди, які генерують сигнали безпосередньо від вхідного світла. Падаючи світло, що проходить через сітківку генерує струми в мікрофотодіодах, які безпосередньо впорскують результуючий струм в основні клітини сітківки за допомогою массива мультиелектродів [en]. Структура мікрофотодіодів активується падаючим світлом, отже, стимулює типи біполярних, горизонтальних, амакрінових і гангліозних клітин, що призводить до візуального сприйняття вихідного падаючого зображення. В принципі, субретинальной імплантати не потребують будь-якого зовнішнього обладнання понад імплантованого мікрофотодіодного масиву. Тим не менш, деякі субретинальної імплантати вимагають живлення від зовнішньої схеми посилення сигналу зображення.
Переваги Субретинальний імплантат має деякі переваги в порівнянні з епіретинальним імплантатом в плані простоти його розробки. Отримання світловий картини, її обробка і стимуляція — все здійснюється мікрофотодіодами, встановленими на одному чіпі, на відміну від епіретинальних імплантату, що вимагає зовнішньої камери, чіпа обробки, і імплантування безлічі електродів. Субретинальні розміщення також спрощує справу, так як розміщує стимулюючий масив в безпосередній близькості від пошкоджених фоторецепторів. Спираючись на функції інших шарів сітківки, субретинальной імплантати дозволяють нормальну внутрішню обробку сітківки, в тому числі посилення, що призводить до зниження загального порога негативної реакції. Крім того, субретинальні імплантати дозволяють переміщати погляд допомогою звичайних рухів очей. Ретинотопічна стимуляція з субретинальних імплантатів спочатку більш точна, так як картина падаючого світла на мікрофотодіоди є прямим зображенням. Субретинальні імплантати вимагають мінімальну фіксацію, оскільки субретинальний простір механічно обмежена і пігментний епітелій сітківки створює негативне тиск у межах субретинального простору.
Недоліки Основним недоліком субретинальних імплантатів є вимогливість достатності рівня падаючого світла для нормальної роботи мікрофотодіодов. Таким чином, субретинальні імплантати часто включають зовнішнє джерело живлення для посилення ефекту падаючого світла. Компактний характер субретинального простору накладає суттєві обмеження на розмір імплантату. Близькість між імплантатом і сітківкою також збільшує можливість термічного пошкодження сітківки від тепла, що виділяється імплантатом. Субретинальні імплантати вимагають неушкодженим внутрішнього і середнього шарів сітківки, і, отже, не придатні для захворювань сітківки, що виходять за зовнішній шар фоторецепторів. Крім того, втрата фоторецепторів може привести до утворення мембрани на кордоні пошкоджених фоторецепторів, яка, в свою чергу, може перешкоджати стимуляції і збільшення порогу стимуляції.
Клінічні дослідження