Tijd is niet de vriend van je lichaam. Jaren zullen de kleur van je haar wegnemen, de veerkracht van je gewrichten vervagen, de elasticiteit van je huid wissen. Een van de ergste leeftijden bij de leeftijd is echter het mogelijke verlies van het gezichtsvermogen.
De belangrijkste oorzaak van ouderdomsverlies van het gezichtsvermogen is maculaire degeneratie - een ziekte die langzaam weg eet bij het centrale zicht, waardoor een wazig of donker gat in het midden van uw gezichtsveld achterblijft. De National Institutes of Health schat dat tegen 2020 bijna drie miljoen Amerikanen ouder dan 40 jaar aan een stadium van de ziekte zullen lijden. Maar verlies van het gezichtsvermogen is niet beperkt tot ouderen. Retinitis pigmentosa, een genetisch erfelijke ziekte, treft ook ongeveer 1 op de 4.000 mensen in de Verenigde Staten - zowel jong als oud.
De ziekten richten zich op de fotoreceptoren, dat zijn de staaf- en kegelvormige cellen aan de achterkant van het oog. Deze cellen zetten licht om in een elektrisch signaal dat via de oogzenuw naar de hersenen reist. Maculaire degeneratie en retinitis pigmentosa breken deze fotoreceptoren af. In de meest geavanceerde vormen van de ziekte worden veel taken vrijwel onmogelijk zonder hulp: tekst lezen, tv kijken, autorijden, zelfs gezichten identificeren.
Hoewel de gevolgen ernstig zijn, gaat niet alle hoop verloren. De rest van de neuronen en cellen van het netvlies die de elektrische signalen overbrengen, worden vaak intact gelaten. Dat betekent dat als wetenschappers een apparaat kunnen optuigen dat in wezen de functie van de staven en kegels kan imiteren, het lichaam de resulterende signalen nog steeds kan verwerken.
Onderzoekers en ontwikkelaars over de hele wereld proberen dat ook te doen. Een team bij Stanford gebruikt een kleine en slanke oplossing: kleine fotodiode-implantaten, een fractie van de breedte van een haar, die onder het beschadigde deel van het netvlies worden ingebracht.
"Het werkt als de zonnepanelen op uw dak en zet licht om in elektrische stroom", zegt Daniel Palanker, hoogleraar oogheelkunde aan Stanford University, in een persbericht over het werk. "Maar in plaats van de stroom die naar uw koelkast stroomt, stroomt deze in uw netvlies."
PRIMA bestaat uit retinale implantaten, een bril met een videocamera en een zakcomputer. (Daniel Palanker Lab) Nagesynchroniseerde PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt), de minutenpanelen worden gecombineerd met een bril met een videocamera ingebed in het midden. De camera maakt foto's van de omgeving en draagt deze draadloos over naar een pocketcomputer voor verwerking. Vervolgens straalt de bril de bewerkte beelden naar de ogen in de vorm van pulsen van nabij-infrarood licht.
De kleine reeks silicium "zonnepaneel" -implantaten - elk ongeveer 40 en 55 micron in PRIMA's nieuwste iteratie - vangt het IR-licht op en zet het om in een elektrisch signaal, dat door het natuurlijke netwerk van neuronen van het lichaam wordt gestuurd en wordt omgezet in een beeld in de hersenen.
Om het apparaat uit te testen, implanteerde het team de kleine PRIMA-panelen in ratten en stelde ze vervolgens bloot aan lichtflitsen, waarbij hun reactie werd gemeten door elektroden die waren geïmplanteerd over de visuele cortex - het deel van de hersenen dat beelden verwerkt. Met behulp van de implantaten van 70 micron die ze destijds hadden ontwikkeld, ontdekten de onderzoekers dat de ratten een gezichtsvermogen hadden van ongeveer 20/250 - iets boven juridische blindheid in de VS, dat is 20/200 visie. Dit betekent dat een persoon op 20 voet kan zien wat een persoon met perfect zicht op 250 voet kan zien, waardoor het grootste deel van zijn omgeving wazig wordt.
"Deze metingen met 70 micron pixels bevestigden onze hoop dat prothetische gezichtsscherpte wordt beperkt door de pixelafstand [of de afstand van het midden van de ene pixel tot het midden van de volgende pixel]. Dit betekent dat we het kunnen verbeteren door pixels kleiner te maken, "Palanker schrijft via e-mail. Ze hebben al pixels ontwikkeld die driekwart van de grootte zijn. "We werken nu aan nog kleinere pixels", schrijft hij.
PRIMA is natuurlijk niet het enige team dat dit doel nastreeft. Een apparaat genaamd Argus II van Second Sight, een in Californië gevestigd bedrijf, is al in de VS op de markt gebracht Goedgekeurd in februari 2013 door de Food and Drug Administration voor patiënten met ernstige retinitis pigmentosa, de basisopstelling is vergelijkbaar met PRIMA. Maar in plaats van een zonnepaneel, is het implantaat een raster van elektroden, dat is bevestigd aan een elektronicabehuizing ter grootte van een erwt en interne antennes. Een brilcamera maakt een afbeelding die wordt verwerkt door een kleine computer en vervolgens draadloos wordt doorgestuurd naar het implantaat, dat elektrische signalen afvuurt om de afbeelding te maken.
Maar er zijn verschillende nadelen aan dit systeem. De elektronica van het implantaat is omvangrijk en de antennes kunnen storing ondervinden van huishoudelijke apparaten of andere antennes die afhankelijk zijn van antennes, zoals mobiele telefoons. Het apparaat heeft ook een beperkte resolutie, waardoor het zicht wordt hersteld tot ongeveer 20 / 1.260 zonder extra beeldverwerking. Vanwege deze beperkte resolutie heeft de FDA het gebruik ervan alleen goedgekeurd bij patiënten die bijna volledig blind zijn.
"De FDA wil niet het risico lopen het zicht te beschadigen in een oog dat al wat heeft, omdat de hoeveelheid visueel herstel minimaal is", zegt William Freeman, directeur van het Jacobs Retina Center aan de Universiteit van San Diego, Californië . "Je kunt een klein beetje krijgen, maar het is niet veel."
Veel meer technologieën zijn ook in de maak. Een Duits bedrijf Retinal Implant AG gebruikt een digitale chip, vergelijkbaar met wat in een camera wordt gevonden. Maar voorlopige tests voor de technologie bij mensen zijn gemengd. Freeman maakt deel uit van een ander bedrijf, Nanovision, dat nanodraadimplantaten gebruikt die nauwelijks groter zijn dan een golflengte van licht. Hoewel ze op dezelfde manier werken als de fotodiodes van PRIMA, zegt Freeman dat ze mogelijk gevoeliger zijn voor licht en toekomstige patiënten kunnen helpen bij het zien op grijswaarden - niet alleen in zwart-wit. De technologie is nog in dierproeven om de effectiviteit ervan te evalueren.
"[Voor] al deze technologieën zijn er beperkingen die intrinsiek zijn", zegt Grace L. Shen, directeur van het programma voor netvliesaandoeningen bij het National Eye Institute. Hoewel niet direct betrokken bij prothese-onderzoek, dient Shen als programmamedewerker voor een van de subsidies die het werk van Palanker ondersteunt.
PRIMA verhelpt enkele van de beperkingen van op elektroden gebaseerde oplossingen zoals Second Sight. Hoewel de beelden die het produceert nog steeds zwart en wit zijn, belooft PRIMA een hogere resolutie zonder de noodzaak van draden of een antenne. En omdat de implantaten modulair zijn, kunnen ze worden betegeld voor elke individuele patiënt. "Je kunt er zoveel plaatsen als je nodig hebt om een groot gezichtsveld te bestrijken", zegt Palanker.
Prima is ook gemakkelijker te implanteren. Een deel van het netvlies wordt losgemaakt door de injectie van vloeistof. Dan wordt in wezen een holle naald geladen met de zonnepanelen gebruikt om de panelen in het oog te plaatsen.
Maar zoals bij alle oogoperaties, zijn er risico's, verklaart Jacque Duncan, oogarts aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die niet bij het werk betrokken was. Voor de sub-retinale chirurgie die PRIMA vereist, omvatten deze risico's netvliesloslating, bloedingen en littekens. Er is ook een mogelijkheid dat als het apparaat niet correct wordt geplaatst, het resterende gezichtsvermogen kan worden beschadigd.
Dat gezegd hebbende, de mening van Duncan over het nieuwe apparaat is positief. "Ik vind dit een opwindende ontwikkeling", zegt ze. "De PRIMA-aanpak biedt veel potentieel om een gezichtsscherpte te bieden die vergelijkbaar is met of zelfs beter is dan het momenteel goedgekeurde Second Sight ARGUS II-apparaat."
Zoals Anthony Andreotolla, een patiënt met een Argus II-implantaat, eerder dit jaar tegen CBS vertelde, zijn visie is zeker beperkt: "Ik kan het verschil zien tussen een auto of een bus of een vrachtwagen. Ik kan niet zeggen wat de auto maakt is." Maar het vooruitzicht op verdere vooruitgang biedt patiënten - waaronder Andreotolla, die lijdt aan retinitis pigmentosa en al zijn gezichtsvermogen verloor tegen de tijd dat hij zijn dertigste bereikte - hoop op de toekomst.
PRIMA heeft nog een lange weg te gaan voordat het klaar is voor de markt. Het team werkt samen met Pixium Vision of France en samen werken ze aan commercialisering. Palanker en zijn mede-uitvinders hebben twee patenten met betrekking tot de technologie. De volgende stap is proeven op mensen, waarvan de eerste zojuist is goedgekeurd door de Franse regelgevende instantie. De proeven zullen klein beginnen, slechts vijf patiënten die in de loop van 36 maanden zullen worden bestudeerd. "We willen zien wat de drempels zijn en de chirurgische problemen", zegt Palanker.
Deze tests dienen als bewijs voor het apparaat, zegt Shen. "Totdat ze het echt bij mensen testen, wisten we niet zeker wat de voordelen zijn."
De afbeelding rechts toont een 1 mm brede array die subretinaal in een rattenoog is geïmplanteerd. Het SEM-beeld toont een hogere vergroting van de reeks met 70um pixels geplaatst op retinaal pigmentepitheel in een varkensoog. Het kleurinvoegsel links toont een enkele pixel in de zeshoekige reeks. (Daniel Palanker Lab) Op dit moment, legt Shen uit, is de visuele helderheid die de apparaten bieden niet wat zij "zinvolle visuele beelden" beschouwt. Dat kan alleen worden bereikt door een beter begrip van de neurale paden. "Als je gewoon een stel draden hebt, maakt het geen radio", zegt ze. "Je moet de bedrading correct hebben."
Hetzelfde geldt voor visie; het is geen plug-and-play-systeem. Door het hele neurale pad in kaart te brengen, kunnen onderzoekers dan alleen maar hopen betere beelden te kunnen maken met behulp van prothetische apparaten, misschien zelfs kleurenbeelden.
Palanker is het daarmee eens. "Correct gebruik van de resterende netvliescircuits om de netvliesoutput zo dicht mogelijk bij de natuur te genereren, zou het prothetische zicht moeten verbeteren, " schrijft hij in een e-mail.
Er zijn ook visusziekten waarbij veel van deze oplossingen niet werken, zegt Freeman. Visieverlies door glaucoom is een voorbeeld. "De binnenste retinale cellen zijn dood, dus wat je ook stimuleert, er zijn geen verbindingen met de hersenen, " zegt hij.
Maar tientallen onderzoekers uit alle vakgebieden zijn op de zaak en verleggen de grenzen van wat we weten dat mogelijk is - ingenieurs, materiaalwetenschappers, biologen en anderen. Hoewel het een tijdje kan duren, komt er waarschijnlijk nog meer. Net als bij onze mobiele telefoons en camera's, zegt Shen, zijn de systemen de afgelopen decennia sneller, efficiënter en kleiner geworden. "Ik hoop dat we onze limiet nog niet hebben bereikt, " voegt ze eraan toe.
De sleutel op dit moment, zegt Freeman, is het managen van verwachtingen. Enerzijds proberen onderzoekers mensen geen valse hoop te geven. "Aan de andere kant wil je mensen niet vertellen dat dit hopeloos is, " zegt hij. "We proberen het, en ik denk dat uiteindelijk een of meer van deze benaderingen zullen werken."
