Retina-Implant
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Aus dem Hoffnungsschimmer ist ein Lichtblick geworden - Mikrochips als Sehprothese im Tierversuch erfolgreich

Allein in Deutschland haben mehr als 50.000 Menschen, die unter degenerativen Netzhauterkrankungen leiden, ihr Augenlicht verloren. Zu diesen Krankheiten zählen z.B. Retinitis Pigmentosa, Chorioidermie und verschiedene Formen der altersabhängigen Makula-Degeneration, in deren Verlauf die Photorezeptoren in der Netzhaut, die Stäbchen und Zapfen, zugrunde gehen. Bis heute gibt es keine Therapie, um die Erblindung zu verhindern. Zwar wird seit Jahrzehnten und auch immer wieder mal über erfolgversprechende Behandlungsmethoden berichtet, aber allesamt haben sich leider als wirkungslos erwiesen.

Doch es werden auch andere Wege beschritten, um nicht mehr funktionsfähige Photorezeptoren wieder zu aktivieren bzw. ihren Ausfall durch elektrische Stimulation der Nervenzellen in der Netzhaut zu kompensieren. Die Voraussetzungen für die Realisierung dieser Idee wurden erst in den letzten Jahren geschaffen durch die rasanten Fortschritte auf den Gebieten Mikroelektronik, Optoelektronik, Computerwissenschaft, biomedizinische Technik und auch durch neue Erkenntnisse und Verfahren in der Glaskörper-Chirurgie.

Seit 1995 arbeiten in Deutschland zwei interdisziplinäre Forschungsgruppen an der Entwicklung einer Netzhaut-Prothese, die blinden Menschen wieder Seheindrücke vermitteln kann. Die beiden wissenschaftlichen Teams fahren sozusagen zweigleisig: Sie verfolgen das gleiche Ziel mit unterschiedlichen Methoden. Das BMBF (Bundesministerium für Bildung, Forschung, Wissenschaft und Technologie) hat dazu für die ersten vier Jahre Fördermittel zur Verfügung gestellt. Da beide Gruppen in dieser Zeit nachweisen konnten, dass ihre Konzepte erfolgversprechend sind, hat das BMBF eine zweite Förderphase bewilligt.

Retina-Implant - die beiden Forschungsprojekte

MPD-Array

Mikrophotodioden werden unter die Netzhaut implantiert und wandeln das einfallende Licht in Spannungsimpulse um, die so die Nervenzellen der Netzhaut reizen. Inzwischen wurden verschiedene Prototypen eines subretinalen Implantats entwickelt und im Tierversuch getestet. Die Implantate blieben bis zu 18 Monaten unter der Netzhaut verschiedener Tiere. Die Chips behielten ihre Funktionsfähigkeit. Abstoßungsreaktionen traten nicht auf. Feingewebliche Untersuchungen der Netzhaut ergaben in den dem Chip anliegenden Schichten keine pathologischen Veränderungen, die die Funktion der Netzhaut beeinträchtigen würden. Es zeigte sich, das z.B. von der Sehrinde von Schweinen elektrische Antworten abgeleitet werden können und dass auch bei Experimenten in vitro (außerhalb des Körpers) in degenerierten Netzhäuten von Ratten Antworten nachweisbar sind. Nach zahlreichen Versuchen ist es gelungen, den genauen Reizstrom bzw. die notwendige Ladungsdichte zu bestimmen, mit der ein Mikroelektroden-Array die zugehörigen Nervenzellen der Netzhaut stimulieren kann. So ist es möglich, am Ausgang der Netzhaut Signale in den Ganglienzellen hervorzurufen, die vom Gehirn als Seheindruck interpretiert werden. Gleichzeitig sind ganz bestimmte Elektrodenabstände erforderlich, um räumlich getrennte Muster im Bereich der Ganglienzellschicht zu erzeugen. Damit lässt sich rein rechnerisch eine Sehschärfe von knapp 0,1 übertragen, mit der Gesichter und sogar Buchstaben theoretisch erkannt werden können.

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Da technische Photodioden nicht die Fähigkeit unserer natürlichen Lichtsinneszellen haben, das einfallende Licht zu verstärken, mussten die Forscher auch hierfür Konzepte entwickeln. Mit Hilfe einer infraroten Photodiode im Brillengestell soll ständig unsichtbare Strahlung ins Auge geleitet werden. Durch eine infrarot-empfindliche Solarzelle im Retina-Implant wird die Strahlung wieder in elektrische Energie umgewandelt.


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EPI-RET

Die Forscher, die an diesem Projekt arbeiten, entwickelten eine Mikrokontaktfolie, die auf der Netzhautoberfläche befestigt wird, um dort ihre Nervenzellen zu stimulieren. Die Information wird von einem Kamera-System eingefangen. Sein Aufnahme-Chip ist klein genug, um in ein konventionelles Brillengestell integriert werden zu können. Die Reizverarbeitung in der Retina wird außerhalb des Auges stimuliert. Daten und Energie werden dann drahtlos zu dem auf der Netzhautoberfläche befestigten Implantat gesendet. Es besteht aus Empfängerschaltung für Daten und Energie und der eigentlichen Simulationselektronik zur Ansteuerung der Reizelektroden auf der Netzhaut. In vielen Versuchsreihen hat sich erwiesen, dass Implantation und Fixation beim Kaninchen ohne signifikante Komplikationen möglich ist. Bei Nachuntersuchungen nach sechs Monaten zeigte sich eine gute Einheilung. Das Durchblutungsmuster der Netzhaut und der Aderhaut wird durch das Implantat nicht gestört, es treten weder materialtoxische Reaktionen an der Netzhaut auf noch operationstechnisch bedingte Funktionseinschränkungen. Die elektrische Stimulation der Netzhautoberfläche führt bei Kaninchen und Katzen zur Aktivierung der Sehrinde im Gehirn. In der zweiten Förderphase soll der Nachweis erbracht werden, dass nicht nur Lichtphänomene ausgelöst werden können sondern Strukturen, die der visuellen Wahrnehmung schon sehr nahe kommen. Außerdem müssen Biokompatibilität und Explantierbarkeit noch nachgewiesen werden.


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Retina-Implantate - Wann werden sie ein Lichtblick für Menschen sein ?

Obwohl beide Projekte in den sechs Jahren zu erstaunlichen Ergebnissen gekommen sind, werden noch jahrelange Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig sein, bis Hilfe für blinde Patienten durch Retina-Implantate möglich ist. Wenn die Versuchsreihen mit Tieren erfolgreich abgeschlossen sind, erfolgt der Einsatz zunächst im Rahmen der Prototyp-Erprobung bei einer Gruppe von Patienten, bei denen die Voraussetzungen besonders günstig sind. Dieses Ziel wird nach vorsichtigen Schätzungen frühesten in den nächsten drei Jahren erreichbar sein. An eine breite klinische Anwendung ist sicher erst in fünf bis zehn Jahren zu denken.

Quelle: AAD <
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letztes Update: 20.02.2005
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