Az idő nem a test barátja. Az évek elhalványítják a haj színét, tompítják az ízületek hajlékonyságát, törli a bőr rugalmasságát. A kor sok ilyen közömbösége között azonban az egyik legrosszabb a látás vesztesége.
Az életkorral összefüggő látásvesztés vezető oka a makuladegeneráció - egy olyan betegség, amely lassan eszik meg a központi látás mellett, homályos vagy sötét lyukat hagyva a látómező közepén. A Nemzeti Egészségügyi Intézetek becslései szerint 2020-ra közel három millió 40 évnél idősebb amerikait szenvednek a betegség bizonyos stádiumai. A látásvesztés azonban nem korlátozódik az idősebbekre. A genetikailag öröklött betegség, a retinitis pigmentosa szintén az Egyesült Államokban 4000 ember közül körülbelül 1-nél jelent meg - fiatal és idős is.
A betegségek a fotoreceptorokat célozzák meg, amelyek a szem hátsó részén található rúd- és kúp alakú sejtek. Ezek a sejtek a fényt elektromos jellé alakítják, amely a látóidegön keresztül jut az agyba. A makuladegeneráció és a retinitis pigmentosa lebontja ezeket a fotoreceptorokat. A betegség legfejlettebb formáiban sok feladat segítség nélkül szinte lehetetlenné válik: szöveg olvasása, tévénézés, autóvezetés, arcok azonosítása.
Noha a hatások súlyosak, nem minden remény veszít el. A retina idegsejtjeinek és sejtjeinek fennmaradó része, amelyek továbbítják az elektromos jeleket, gyakran érintetlenek maradnak. Ez azt jelenti, hogy ha a tudósok felszerelhetnek egy olyan eszközt, amely lényegében utánozza a rudak és kúpok működését, akkor a test továbbra is feldolgozza a kapott jeleket.
A kutatók és fejlesztők szerte a világon megpróbálják ezt megtenni. A Stanford-i csapat egy kicsi és karcsú megoldást használ: apró fotodiod implantátumokat, a haj szélességének egy részét, amelyeket a retina sérült része alá helyeznek.
„Úgy működik, mint a tetőn lévő napelemek, és a fényt elektromos árammá alakítják” - mondta Daniel Palanker, a Stanfordi Egyetem szemészeti professzora a munkáról szóló sajtóközleményben. "De a hűtőszekrénybe áramló áram helyett a retina felé áramlik."
A PRIMA retinális implantátumokból, egy pár szemüvegből, videokamerából és egy zsebszámítógépből áll. (Daniel Palanker Lab) A PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt) elnevezésű perc paneleket párosítják egy olyan poharakkal, amelyek középpontjában videokamera van beágyazva. A kamera fényképeket készít a környékről, és vezeték nélkül továbbítja a képeket zsebszámítógépre feldolgozás céljából. Ezután a szemüveg a feldolgozott képeket a szem felé sugárzza közeli infravörös fény impulzusok formájában.
A szilikon "napelem" implantátumok apró tömbje - a PRIMA legújabb iterációjában mintegy 40 és 55 mikron átmérőjű - felveszi az infravörös fényt, és elektromos jellé alakítja, amelyet a test természetes neuronhálózata továbbít és egy kép az agyban.
A készülék kipróbálására a csapat beültette az apró PRIMA paneleket patkányokba, majd fényhullámoknak tette ki őket, válaszuk mérésével a látókéregbe implantált elektródokkal - az agy azon részén, amely feldolgozza a képeket. Az általuk akkor kifejlesztett 70 mikronos implantátumok felhasználásával a kutatók azt találták, hogy a patkányok körülbelül 20/250 látással rendelkeznek - ez kissé meghaladja az Egyesült Államokban a törvényes vakságot, amely 20/200 látás. Ez azt jelenti, hogy egy ember 20 lábnál látja azt, amit egy tökéletes látású személy lát el 250 lábnál, így környékének nagy része elmosódik.
"Ezek a 70 mikron pixelekkel végzett mérések megerősítették azt a reményünket, hogy a protézis látásélességét korlátozza a pixelmagasság [vagy az egy pixel középpontjától a következő pixel középpontjáig tartó távolság]. Ez azt jelenti, hogy javíthatjuk úgy, hogy a pixeleket kisebbre állítjuk "- írja Palanker e-mailben. Már háromnegyed méretű pixeleket fejlesztettek ki. "Most még kisebb pixeleken dolgozunk" - írja.
A PRIMA természetesen nem az egyetlen csapat, aki üldözi ezt a célt. Az Argus II nevű, a kaliforniai székhelyű Second Sight nevű eszköz már forgalomba hozta az Egyesült Államokban. Az Élelmiszer- és Gyógyszerügynökség által 2013. februárban jóváhagyott súlyos retinitis pigmentosa betegek esetében az alapbeállítás hasonló a PRIMA-hoz. A napelemek helyett az implantátum elektróda-rács, amelyet egy borsó méretű elektronikai házhoz és a belső antennához erősítenek. A szemüveg-kamera képet készít, amelyet egy kis számítógép dolgoz fel, majd vezeték nélkül továbbítja az implantátumhoz, amely elektromos jeleket sugároz a kép létrehozásához.
Ennek a rendszernek azonban számos hátránya van. Az implantátum elektronikája terjedelmes, és az antennák interferenciát tapasztalhatnak háztartási készülékektől vagy más antennától függő eszközöktől, például mobiltelefonoktól. Az eszköz korlátozott felbontású, és a látást 20/1260 körül helyreállítja további képfeldolgozás nélkül. E korlátozott felbontás miatt az FDA csak azokban a betegekben hagyta jóvá alkalmazását, akik szinte teljesen vakok.
"Az FDA nem akarja kockáztatni, hogy károsítja a látást egy olyan szemben, amelynek már van ilyen, mert a látás helyreállításának mértéke minimális" - mondta William Freeman, a kaliforniai San Diego-i Egyetem Jacobs Retina Központjának igazgatója. . "Tudsz egy kicsit, de ez nem sok."
Sokkal több technológia is működik. A német Retinal Implant AG cég a digitális kamerához hasonlót használ, azaz hasonló a kamerához. Az emberek technológiájára vonatkozó előzetes tesztek azonban vegyesek. A Freeman egy másik cég, a Nanovision része, amely olyan nanokábel-implantátumokat alkalmaz, amelyek alig vannak nagyobb, mint a fény hullámhossza. Noha a PRIMA fotodiodjaihoz hasonlóan működnek, Freeman szerint potenciálisan érzékenyebbek a fényre, és segíthetnek a jövőbeli betegeknek nem csak fekete-fehérben, hanem a szürkeárnyalatban is. A technológia még mindig állatkísérletekben készül annak hatékonyságának felmérésére.
"Mindezen technológiák vonatkozásában vannak korlátozások, amelyek lényegesek" - mondta Grace L. Shen, a Nemzeti Szem Intézet retinabetegségek programjának igazgatója. Annak ellenére, hogy közvetlenül nem vesz részt a protézisek kutatásában, Shen a Programker tisztjeként szolgál egy Palanker munkáját támogató támogatásban.
A PRIMA az elektródalapú megoldások bizonyos korlátaival foglalkozik, mint például a Second Sight. Bár a készített képek továbbra is fekete-fehér, a PRIMA magasabb felbontást ígér, vezetékek vagy antenna nélkül. Mivel az implantátumok moduláris jellegűek, az egyes betegek számára megfelelő módon csempézették. "Annyit rakhat be, amennyire csak szüksége van egy nagy látótér lefedéséhez" - mondja Palanker.
A Prima is könnyebben implantálható. A retina egy részét leválasztják a folyadék befecskendezésével. Ezután alapvetően egy üreges tűt használnak, amely a napelemekkel van feltöltve, hogy a paneleket szembe helyezzék.
Mint minden szem műtét esetén, vannak kockázatok is - magyarázza Jacque Duncan, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem szemész, aki nem vett részt a munkában. A PRIMA által igényelt szubretinális műtéthez ezek a kockázatok magukban foglalják a retina leválását, vérzést és hegesedést. Arra is lehetősége van, hogy ha az eszközt nem megfelelően helyezik el, akkor károsíthatja a visszamaradó látást.
Ennek ellenére pozitív a Duncan vállalkozása az új készülékkel. "Szerintem ez izgalmas fejlemény" - mondja. "A PRIMA megközelítésnek nagy a lehetősége a látásélesség biztosítására, amely összehasonlítható vagy még jobb, mint a jelenleg jóváhagyott Second Sight ARGUS II készülék."
Mint Anthony Andreotolla, az Argus II implantátumgal rendelkező beteg, ez év elején elmondta a CBS-nek, látása bizonyosan korlátozott: "Meg tudom mondani a különbséget egy autó, busz vagy teherautó között. Nem tudom megmondani, mi teszi az autót van.” A további előrelépés azonban a betegeknek - köztük Andreotolla-nak, aki retinitis pigmentosa-ban szenved, és a 30 éves korának elérésekor elvesztette látását - reményt ad a jövőre.
A PRIMA-nak még hosszú út áll előttünk, mielőtt készen áll a piacra. A csapat együttműködik a franciaországi Pixium Vision céggel, és együtt dolgoznak a kereskedelem felé. Palanker és társalapítói két szabadalommal rendelkeznek a technológiával kapcsolatban. A következő lépés az emberi kísérletek, amelyek közül az elsőt a francia szabályozó ügynökség hagyta jóvá. A vizsgálatok kicsivel kezdődnek, mindössze öt olyan beteget, akiket 36 hónapon keresztül vizsgálnak. "Meg akarjuk nézni, hogy mi a küszöbérték és a műtéti kérdések" - mondja Palanker.
Ezek a tesztek bizonyítják az eszköz bizonyítékát - mondja Shen. "Amíg valóban nem tesztelik azt emberben, nem tudhatjuk biztosan, hogy mi az előnye."
A jobb oldali képen egy patkányszembe szubretinálisan implantált 1 mm vastag tömb látható. A SEM kép azt mutatja, hogy a tömb nagyobb nagyítású, ha 70um pixelek vannak a sertés szemében a retina pigment hámra helyezve. A bal oldali színes betét egyetlen pixelt mutat a hatszögletű tömbben. (Daniel Palanker Lab) Shen elmagyarázza, hogy az eszközök által biztosított vizuális tisztaság jelenleg nem az, amit „értelmes vizuális képeknek” tart. Ezt csak az idegi útvonalak jobb megértésével lehet elérni. "Ha csak egy darab vezetéke van, akkor ez nem hoz rádiót" - mondja. "Meg kell, hogy legyen a vezetékezés."
Ugyanez vonatkozik a látásra; ez nem egy plug-and-play rendszer. A teljes idegi út feltérképezésével csak a kutatók reménykedhetnek élesebb képek készítésében protézisek, esetleg akár színes képek felhasználásával.
Palanker egyetért. "A fennmaradó retinális áramkör megfelelő felhasználása a retina kilépésének a lehető legközelebb a természeteshez elősegíti a protetikai látás javítását" - írja egy e-mailben.
Vannak olyan látási betegségek is, ahol ezeknek a megoldásoknak sok nem működik - mondja Freeman. Az egyik példa a látásvesztés a glaukóma miatt. "A belső retina sejtek halottak, tehát bármi is stimulálódik, az az agyhoz nem kapcsolódik" - mondja.
De minden területen számos kutató van jelen, és meghúzza mindazon tudásaink - mérnökök, anyagtudósok, biológusok és mások - határait. Bár eltarthat egy ideig, valószínűleg még mindig várhatóan még több lesz. Csakúgy, mint a mobiltelefonokhoz és fényképezőgépekhez - mondja Shen -, a rendszerek gyorsabban, hatékonyabban és kisebbre váltak az elmúlt néhány évtizedben. "Remélem, hogy még nem értük el a határt" - tette hozzá.
Freeman szerint a kulcs jelenleg az elvárások kezelése. Egyrészt a kutatók megpróbálják nem adni hamis reményt az embereknek. "Másrészt nem akarja elmondani az embereknek, hogy ez reménytelen dolog" - mondja. "Próbálunk, és azt hiszem, hogy ezeknek a megközelítéseknek egy vagy több működni fog."
