Implanturi retiniene

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 17 ianuarie 2017; verificările necesită 24 de modificări .

Implanturile retiniene reprezintă  o clasă de tehnologii biomedicale capabile să înlocuiască retina umană în caz de deteriorare sau disfuncție. Implanturile retiniene sunt în prezent dezvoltate de o serie de companii private și institute de cercetare din întreaga lume. Implantul este destinat să restabilească parțial vederea utilă persoanelor care și-au pierdut vederea din cauza bolilor degenerative ale ochiului , cum ar fi retinita pigmentară sau degenerescența maculară . Trei tipuri de implanturi retiniene sunt în prezent în studii clinice : implanturi epiretiniene (pe retină), implanturi subretiniene(în spatele retinei) și implanturi supracoroidale (deasupra coroidei). Implanturile retiniene oferă utilizatorului capacitatea de a vedea la rezoluție scăzută prin stimularea electrică a celulelor retiniene rămase. Astfel de imagini pot fi suficiente pentru a restabili unele abilități vizuale, cum ar fi percepția luminii și recunoașterea obiectelor.

Implantul retinian Argus II a obținut acceptarea pe piață în SUA în februarie 2013 și în Europa în februarie 2011, devenind primul implant aprobat. Aparatul poate ajuta adulții cu retinită pigmentară care și-au pierdut capacitatea de a percepe forme și mișcări să fie mai mobili și să desfășoare activități zilnice. Dispozitivul subretinian, cunoscut sub numele de implant retinian , a fost dezvoltat inițial în Germania. A finalizat studii clinice multicentre în Europa și a primit marca CE în 2013, făcându-l primul dispozitiv subretinian fără fir care a câștigat acceptarea pe piață .

Istorie

Förster a fost primul care a descoperit că stimularea electrică în cortexul occipital ar putea fi folosită pentru a genera percepții vizuale, fosfene [1] . Primul stimulator implantabil pentru restabilirea vederii a fost dezvoltat de Dr. Brindley și Lewin în 1968 [ 2] .  Acest experiment a demonstrat viabilitatea creării de percepții vizuale cu stimulare electrică directă, iar acest lucru a determinat dezvoltarea altor dispozitive implantabile pentru a stimula calea vizuală, inclusiv implanturile retiniene [3] . Dispozitivele de stimulare a retinei au devenit obiect de cercetare, întrucât aproximativ jumătate din toate cazurile de orbire sunt cauzate de afectarea retinei [4] . Dezvoltarea implanturilor retiniene a fost, de asemenea, motivată parțial de progresul și succesul implanturilor cohleare , care au demonstrat capacitatea de a restabili funcția senzorială semnificativă cu un input limitat [5] .  

Candidați

Candidații optimi pentru implanturi retiniene sunt bolile retiniene, cum ar fi retinita pigmentară sau degenerescența maculară legată de vârstă . Aceste boli duc la orbire prin afectarea celulelor fotoreceptoare din stratul exterior al retinei, lăsând neschimbate straturile interioare și mijlocii ale retinei [4] [6] [7] [8] [9] [10] . Cel puțin, un pacient trebuie să aibă un strat de celule ganglionare intact pentru a fi candidat pentru implantare. Acest lucru poate fi detectat prin utilizarea non-invazivă a tomografiei cu coerență optică (OCT) [11] . Alți factori, inclusiv cantitatea de vedere reziduală, sunt de asemenea luați în considerare atunci când se determină candidații pentru implantarea retinei. La pacienții cu degenerescență maculară legată de vârstă, care pot avea vedere periferică intactă, implanturile retiniene pot avea ca rezultat o formă hibridă de vedere. În acest caz, implantul va completa vederea periferică rămasă cu informația vizuală centrală [12] .

Tipuri de implanturi retiniene

Există două tipuri principale de implanturi retiniene. Implanturile epiretiniene sunt plasate pe suprafața interioară a retinei , în timp ce implanturile subretiniene sunt plasate între stratul exterior al retinei și epiteliul pigmentar retinian .

Implanturi epiretinale

Principii de proiectare

Implanturile epiretinene sunt situate pe suprafața interioară a retinei, stimulând direct celulele ganglionare, ocolind toate celelalte straturi ale retinei. Implanturile epiretinale constau dintr-o placă de silicon cu o serie de electrozi de platină plasați pe stratul interior al retinei. Matricea este stabilizată cu microunghii, cu o ușoară presiune mecanică din corpul vitros . Implantul epiretinian necesită o cameră externă pentru imagistica [12] . Camera primește o imagine a mediului, procesează imaginea și transmite informații despre imagine către matricea de electrozi implantați printr-un canal de telemetrie fără fir. De asemenea, este necesar un transmițător extern pentru a furniza energie continuă implantului folosind inducție RF sau lasere cu infraroșu. Camera externă și cipul de procesare a imaginii sunt de obicei montate pe ochelarii pacientului [3] . Procesarea imaginii implică reducerea la scară a imaginii și conversia imaginii în modele de stimulare spațială și temporală pentru a activa celulele retiniene corespunzătoare [4] [12] .

Beneficii

Implanturile epiretiniene au avantajul că ocolesc cea mai mare parte a retinei , oprind funcția celulelor ganglionare din stratul interior al retinei. Astfel, implanturile epiretiniene pot oferi percepție vizuală la persoanele cu boli retiniene care se extind dincolo de stratul fotoreceptor . Majoritatea dispozitivelor electronice pot suporta componente externe asociate cu acesta, permițând reducerea dimensiunii implantului și realizarea unor upgrade simple fără intervenții chirurgicale suplimentare [13] . Electronica externă permite, de asemenea, clinicianului să aibă control complet asupra procesării imaginii și să adapteze procesarea fiecărui pacient [3] . În plus, locația specifică a implanturilor epiretiniene permite corpului vitros să servească drept radiator pentru implant [14] .

Dezavantaje

Principalul dezavantaj al implanturilor epiretiniene este necesitatea unui dispozitiv extern, care poate fi greoi de purtat. Camera exterioară forțează, de asemenea, subiectul să-și miște capul atunci când își schimbă direcția privirii. Implanturile epiretinale pot stimula nu numai celulele ganglionare, ci și axonii din apropiere, care pot fi conectați la alte zone retinotopice . Acest lucru poate duce la stimularea șablonului ușor distorsionată, care trebuie corectată prin procesare electronică [4] . În plus, stimularea stratului de celule ganglionare necesită tehnici mai sofisticate de procesare a imaginii pentru a lua în considerare procesarea convențională asociată cu straturile retiniene ocolite [3] . În timp ce un implant epiretinian poate fi stabilizat prin presiunea vitroasă, poate fi necesară fixarea mecanică suplimentară folosind microunghii [15] [16] .

Studii clinice

Primul implant epiretinian, ARGUS, a inclus o placă de siliciu cu o serie de 16 electrozi de platină [12] . Faza I a studiului clinic ARGUS a inceput in 2002 cu implantarea dispozitivului la sase participanti. Toți pacienții au raportat o creștere a luminozității și discretizarea fosfenelor, unii pacienți au prezentat o îmbunătățire semnificativă a funcției vizuale în timp. Versiunile viitoare ale ARGUS sunt dezvoltate pentru rețele din ce în ce mai dense de electrozi, permițând o rezoluție spațială îmbunătățită. Cel mai recent dispozitiv ARGUS II conține 60 de electrozi, iar un dispozitiv cu 200 de electrozi este în curs de dezvoltare de către oftalmologi și ingineri de la USC Eye Institute [17] . ARGUS II a primit aprobarea de marketing în februarie 2011 (marcajul CE indicând siguranța și performanța) și este disponibil în Germania, Franța, Italia și Marea Britanie. Rezultatele intermediare din studiile pe termen lung la 30 de pacienți au fost publicate în Ophthalmology în 2012 . Argus II a primit aprobarea FDA din SUA pe 14 aprilie 2013. Proiectul de implanturi subretiniene din Boston , aprobat de FDA , a dezvoltat, de asemenea, o serie de iterații ale implanturilor epiretinale funcționale și sa concentrat pe analiza funcției implantului.Un alt dispozitiv epiretinian, un implant retinian antrenabil , a fost dezvoltat de IIP technologies GmbH și a intrat în studii clinice . [12] . Un al patrulea dispozitiv epiretinian, EPI-RET, a fost dezvoltat și au început studiile clinice pe șase pacienți. EPI-RET conține 25 de electrozi și necesită înlocuirea lentilei cu un cip receptor. Toți subiecții au demonstrat capacitatea de a distinge între diferitele forme spațiale și temporale de stimulare [18] .

Implanturi subretiniene

Principii de proiectare

Implanturile subretiniene sunt situate pe suprafața exterioară a retinei , între stratul fotoreceptor și epiteliul pigmentar retinian , stimulând direct celulele retiniene, bazându-se pe procesarea convențională de către straturile interioare și medii ale retinei [3] . Lipirea unui implant subretinian în această locație este relativ simplă, deoarece implantul este limitat mecanic de distanța dintre stratul exterior al retinei și epiteliul pigmentar retinian. Implantul subretinian constă dintr-o plachetă de siliciu care conține micro fotodiode fotosensibile care generează semnale direct din lumina care intră. Lumina incidentă care trece prin retină generează curenți în microfotodiode, care injectează direct curentul rezultat în celulele retiniene subiacente printr- o matrice multielectrodă . Structura microfotodiodelor este activată de lumina incidentă, stimulând astfel tipurile de celule bipolare , orizontale , amacrine și ganglionare , rezultând percepția vizuală a imaginii incidente originale. În principiu, implanturile subretiniene nu necesită nici un echipament extern în afara matricei de microfotodiode implantate. Cu toate acestea, unele implanturi subretiniene necesită energie de la un circuit extern de amplificare a imaginii [4] .

Beneficii

Implantul subretinian are unele avantaje față de implantul epiretinian în ceea ce privește ușurința proiectării. Achiziția unei imagini luminoase, procesarea și stimularea acesteia sunt toate realizate de microfotodiode instalate pe un singur cip, spre deosebire de un implant epiretinian care necesită o cameră externă, un cip de procesare și implantarea de electrozi multipli [4] . Plasarea subretiniană simplifică, de asemenea, problema prin plasarea matricei de stimulare în imediata apropiere a fotoreceptorilor deteriorați [3] [12] . Bazându-se pe funcțiile straturilor rămase ale retinei, implanturile subretiniene permit prelucrarea internă normală a retinei, inclusiv îmbunătățirea, ceea ce duce la scăderea pragului general de reacție negativă [3] . În plus, implanturile subretiniene permit mișcarea privirii prin mișcări normale ale ochilor. Stimularea retinotopică de la implanturi subretiniene este inițial mai precisă, deoarece modelul luminii incidente pe microfotodiode este o imagine directă. Implanturile subretiniene necesită fixare minimă deoarece spațiul subretinian este limitat mecanic și epiteliul pigmentar retinian creează o presiune negativă în spațiul subretinian [4] .

Dezavantaje

Principalul dezavantaj al implanturilor subretiniene este cerința ca nivelul luminii incidente să fie suficient pentru funcționarea normală a microfotodiodelor. Astfel, implanturile subretiniene includ adesea o sursă de energie externă pentru a spori efectul luminii incidente [3] . Natura compactă a spațiului subretinian impune restricții semnificative asupra dimensiunii implantului. Apropierea dintre implant și retină crește și posibilitatea de deteriorare termică a retinei din cauza căldurii generate de implant [4] . Implanturile subretiniene necesită straturile interioare și medii intacte ale retinei și, prin urmare, nu sunt potrivite pentru bolile retiniene care se extind dincolo de stratul exterior al fotoreceptorilor. În plus, pierderea fotoreceptorilor poate duce la formarea unei membrane la granița fotoreceptorilor deteriorați, care, la rândul său, poate interfera cu stimularea și poate crește pragul de stimulare [12] .

Studii clinice

Optobionics a fost prima companie care a dezvoltat implantul subretinian și l-a validat în studii clinice. Rapoartele inițiale au sugerat că procedura de implantare a fost sigură și toți participanții la studiu au observat o îmbunătățire ușoară a funcției vizuale și o revenire parțială a percepției luminii [19] . Versiunea actuală a acestui dispozitiv a fost implantată la 10 pacienți, toți au raportat o îmbunătățire a percepției detaliilor vizuale, inclusiv contrastul, forma și mișcarea [4] . Retina Implant AG din Germania a dezvoltat, de asemenea, un implant subretinian care a fost testat clinic la nouă pacienți. Experimentele au fost amânate din cauza eșecurilor și eșecurilor [12] . Dispozitivul Retina Implant AG conține 1500 de microfotodiode, ceea ce permite o rezoluție spațială crescută, dar necesită o sursă de alimentare externă. Retina Implant AG a raportat rezultate pe 12 luni ale studiului din studiul Alpha IMS din februarie 2013, arătând că șase din nouă pacienți au avut defecțiuni ale dispozitivului în decurs de nouă luni de la implantare, Proceedings of the royal society B și că cinci din opt subiecți au raportat implanturi diferite. -percepțiile vizuale mediate în viața de zi cu zi. Unul a avut leziuni ale nervului optic și nu a perceput stimulare. [20] . Rezultatele tuturor studiilor clinice de până acum arată că pacienții cărora li se administrează implanturi subretiniene raportează percepția fosfenei, unii dobândind capacitatea de a efectua sarcini vizuale de bază, cum ar fi recunoașterea formei și detectarea mișcării [12] .

Rezoluție spațială

Calitatea vederii așteptată de la un implant retinian se bazează în mare măsură pe rezoluția spațială maximă a implantului. Prototipurile actuale de implant retinian sunt capabile de pixelare a imaginilor cu rezoluție scăzută . Implanturile retiniene „de ultimă generație” includ 60-100 de canale, ceea ce este suficient pentru recunoașterea obiectelor și activitățile zilnice. Cu toate acestea, modelarea imaginilor pixelate rezultate nu ne permite să presupunem că toți electrozii implantului sunt în contact cu celula retiniană dorită. Astfel, este de așteptat ca rezoluția spațială în acest caz să fie și mai mică, deoarece unii dintre electrozi ar putea să nu funcționeze optim [3] . Testele de citire au arătat că performanța unui implant cu 60 de canale este suficientă pentru a restabili parțial capacitatea de citire, dar numai cu o creștere semnificativă a textului [21] . Experimente similare care evaluează gradul de capacitate de navigare a imaginilor pixelate au arătat că 60 de canale au fost suficiente pentru subiecții cu experiență, în timp ce 256 de canale au fost necesare pentru subiecții neexperimentați. Prin urmare, acest experiment nu a demonstrat doar funcționalitatea oferită de feedback-ul vizual de rezoluție scăzută, ci și capacitatea de adaptare și îmbunătățire în timp [22] . Cu toate acestea, aceste experimente se bazează doar pe simulări ale vederii scăzute la subiecți normali și nu pe studii clinice ale pacienților implantați. Numărul de electrozi necesari pentru citire sau navigarea în cameră la subiecții implantați poate varia și ar trebui efectuate teste suplimentare la acești pacienți pentru a determina rezoluția spațială necesară pentru sarcini vizuale specifice.

Rezultatele simulării arată că ar fi necesari 600-1000 de electrozi pentru a putea îndeplini o gamă largă de sarcini, inclusiv citirea, recunoașterea feței și navigarea în cameră [3] . Astfel, rezoluția spațială existentă a implanturilor retiniene trebuie mărită cu un factor de 10, în timp ce rezoluția implanturilor existente este prea mică pentru a restabili suficiente funcții vizuale pentru aceste sarcini.

Starea actuală și perspectivele de dezvoltare

Rapoartele clinice până în prezent au arătat un succes mixt, toți pacienții raportând cel puțin o senzație de lumină de la electrozi și o minoritate de funcție vizuală crescută, cum ar fi identificarea zonelor luminoase și întunecate. Rapoartele clinice indică faptul că, chiar și la rezoluție scăzută, implanturile retiniene sunt potențial utile pentru a oferi o oarecare aparență de vedere persoanelor care altfel nu ar avea niciuna [12] . Rămâne neclară amploarea reducerii nivelului vizual atunci când se utilizează implanturi retiniene pentru a echilibra riscurile asociate procedurii chirurgicale, în special pentru pacienții cu vedere periferică intactă. Mai multe alte aspecte ale implanturilor retiniene ar trebui luate în considerare în studii ulterioare, inclusiv stabilitatea pe termen lung a implanturilor și neuroplasticitatea retiniană sub stimulare pe termen lung [4] .

Note

  1. ↑ O. Foerster. Beitrage zur Pathophysiologie der Sehbahn und der Sehsphare  (germană)  // Journal fur Psychologie und Neurologie: magazin. - 1929. - Bd. 39 . - S. 463-485 .
  2. ↑ G. Brindley, W. Lewin. Senzația produsă de stimularea electrică a cortexului vizual  //  Journal of Physiology : jurnal. - 1968. - Vol. 196 . - P. 479-493 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J. Weiland, T. Liu, M. Humayun. Proteză retiniană  (neopr.)  // Anual Review of Biomedical Engineering. - 2005. - T. 7 . - S. 361-401 . - doi : 10.1146/annurev.bioeng.7.060804.100435 .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E. Zrenner. Implanturile retiniene vor restabili vederea? (engleză)  // Știință. - 2002. - Vol. 295 . - P. 1022-1025 . - doi : 10.1126/science.1067996 .
  5. ↑ F. Zeng. Tendințe în implanturile cohleare. (engleză)  // Tendințe în amplificare : jurnal. - 2004. - Vol. 8 , nr. 1 . - P. 1-34 . - doi : 10.1177/108471380400800102 .
  6. ↑ J. Stone, W. Barlow, M. Humayun, E. deJuan Jr., A. Milam. Analiza morfometrică a fotoreceptorilor maculari și a celulelor ganglionare în retinele cu retinită pigmentară  (engleză)  // Archives of Ophthalmology : jurnal. - 1992. - Vol. 110 . - P. 1634-1639 . - doi : 10.1001/archopht.1992.01080230134038 .
  7. ↑ A. Santos, M. Humayun, E. deJuan Jr., R. Greenburg, M. Marsh, I. Klock, et. al. Conservarea retinei interne în retinita pigmentară: o analiză morfometrică  (engleză)  // Arhivele oftalmologiei : jurnal. - 1997. - Vol. 115 . - P. 511-515 . - doi : 10.1001/archopht.1997.01100150513011 .
  8. ↑ M. Humayun. Analiza morfometrică a retinei extramaculare de la ochii post mortem cu retinită pigmentară   // Investigative Oftalmologie și Științe vizuale : jurnal. - 1999. - Vol. 40 . - P. 143-148 .
  9. ↑ S. Kim, S. Sadda, M. Humayun, E. deJuan Jr., B. Melia, W. Green. Analiza morfometrică a maculei în ochi cu atrofie geografică datorată degenerescenței maculare legate de vârstă  (engleză)  // Retina : journal. - 2002. - Vol. 46 . - P. 4-10 .
  10. ↑ S. Kim, S. Sadda, J. Pearlman, M. Humayun, E. deJuan Jr., B. Melia, et. al. Analiza morfometrică a maculei în ochi cu degenerescență maculară disciformă legată de vârstă  (engleză)  // Retina : journal. - 2002. - Vol. 47 . - P. 1-7 .
  11. ↑ T. Matsuo, N. Morimoto. Acuitatea vizuală și straturile retiniene perimaculare detectate prin tomografie cu coerență optică la pacienții cu retinită pigmentară   // Investigative Oftalmologie și Științe vizuale : jurnal. - 2007. - Vol. 91 . - P. 888-890 . - doi : 10.1136/bjo.2007.114538 .
  12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 G. Chader, J. Weiland, M. Humayun. Viziunea artificială: nevoile, funcționarea și testarea unei proteze electronice retiniene  (engleză)  // Progress in Brain Research: jurnal. - 2009. - Vol. 175 . - P. 0079-6123 .
  13. ↑ W. Liu, K. Vichienchom, M. Clements, C. Demarco, C. Hughes, C. McGucken, et. al. Un cip de neurostimul cu unitate de telemetrie pentru dispozitivul de proteză retiniană  (engleză)  // IEEE Solid-State Circuits : journal. - 2000. - Vol. 35 , nr. 10 . - P. 1487-1497 . - doi : 10.1109/4.871327 .
  14. ↑ D. Piyathaisere, E. Margalit, S. Chen, J. Shyu, S. D'Anna, J. Weiland, et. al. Efectele căldurii asupra retinei  (neopr.)  // Chirurgie oftalmică, lasere și imagistică. - 2003. - T. 34 , nr 2 . - S. 114-120 .
  15. ↑ A. Majji, M. Humayun, J. Weiland, S. Suzuki, S. D'Anna, E. deJuan Jr. Rezultatele histologice și electrofiziologice pe termen lung ale implantării unei rețele de electrozi epiretinieni inactivi la câini  // Investigative oftalmologie și  științe vizuale : jurnal. - 1999. - Vol. 40 , nr. 9 . - P. 2073-2081 .
  16. ↑ P. Walter, P. Szurman, M. Vobig, H. Berk, H. Ludtke-Handjery, H. Richter, et. al. Implantarea cu succes pe termen lung a rețelelor de microelectrozi epiretinieni inactivi electric la iepuri  (engleză)  // Retina : journal. - 1999. - Vol. 19 , nr. 6 . - P. 546-552 . - doi : 10.1097/00006982-199911000-00012 .
  17. ↑ M. Humayun, J. Weiland, G. Fujii, R. Greenberg, R. Williamson, J. Little, et. al. Percepția vizuală la un subiect orb cu o proteză retiniană cronică microelectronică  (engleză)  // Vision Research : jurnal. - 2003. - Vol. 43 . - P. 2573-2581 . - doi : 10.1016/s0042-6989(03)00457-7 .
  18. ↑ S. Klauke, M. Goertz, S. Rein, D. Hoehl, U. Thomas, R. Eckhorn, F. Bremmer, T. Wachtler. Stimularea cu un implant epiretinian intraocular fără fir provoacă percepții vizuale la oamenii orbi  // Investigative Oftalmologie și  Științe vizuale : jurnal. - 2011. - Vol. 52 , nr. 1 . - P. 449-455 . - doi : 10.1167/iovs.09-4410 .
  19. ↑ A. Chow, V. Chow, K. Packo, J. Pollack, G. Peyman, R. Schuchard.  Microcipul retinei artificial de silicon pentru tratamentul pierderii vederii din retinita pigmentară  // Arhivele Oftalmologiei : jurnal. - 2004. - Vol. 122 . - P. 1156-1157 .
  20. ↑ J. Rizzo III, J. Wyatt Jr., J. Lowenstein, S. Kelly, D. Shire. Eficacitatea perceptivă a stimulării electrice a retinei umane cu micro-electrozi în timpul studiilor chirurgicale pe termen scurt  // Investigative  oftalmologie și științe vizuale : jurnal. - 2003. - Vol. 44 . - P. 5362-5369 . - doi : 10.1167/iovs.02-0817 .
  21. ↑ A. Fornos, J. Sommerhalder, M. Pelizzone. Citirea cu un implant simulat cu 60 de canale  (neopr.)  // Frontiers in Neuroscience. - 2011. - T. 5:57 Epub 2011 mai 2 .
  22. ↑ G. Dagnelie, P. Keane, V. Narla, L. Yang, J. Weiland, M. Humayun. Performanța mobilității reale și virtuale în viziunea protetică simulată  (engleză)  // Journal of Neural Engineering : journal. - 2007. - Vol. 4 , nr. 1 . - P. S92-101 . - doi : 10.1088/1741-2560/4/1/s11 .
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii