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Augenheilkunde 30. Juni 2005

Chip im Auge - Lichtblick für Blinde

"Wir wollen, dass blinde Menschen sich wieder in der Umwelt orientieren können, also in der Lage sind, Objekte, Umrisse und möglichst auch Gesichter zu erkennen und mit einer der gängigen Sehhilfen auch wieder ihren Kontoauszug allein zu lesen." Prof. Dr. Eberhart Zrenner, Leiter der Augenklinik an der Universität Tübingen, kennt die Wünsche seiner Patienten. Sie möchten einkaufen gehen, die Nachbarn sehen und grüßen können, selbständig ihre Bankgeschäfte erledigen.

Nach den Erfolgen mit Cochlea-Implantaten und Herzschrittmachern, deren Einsatz schon zur klinischen Routine gehört, hoffen die Wissenschaftler auf einen Durchbruch mit Sehprothesen in den nächsten Jahren. Wunder dürften Patienten von den Wissenschaftlern aber nicht erwarten, dämpft Zrenner überhöhte Erwartungen.

"Wie eine Erdnuss in Vakuumpackung"

"Es ist viel schwieriger, eine künstliche Retina zu entwickeln als ein Cochlea-Implantat. Denn es reicht nicht, wie beim Ohr, pro Zeiteinheit wenige Signale parallel zu übertragen, es müssen Hunderte bis Tausende Kanäle stimuliert werden, um ein zweidimensionales Bild zu erkennen." Insgesamt 14 Arbeitsgruppen an Universitäten, Fachhochschulen und mikroelektronischen Instituten gehen mit zwei unterschiedlichen Ansätzen ins Rennen um die optimale Sehprothese.

Bei einer Status-Tagung in Bonn zogen sie Bilanz. Im Projekt EPI-RET sollen die geschädigten Rezeptoren der Netzhaut außerhalb des Augapfels (zum Beispiel in einer Brille) durch lichtempfindliche, mikroelektronische Sensoren vergleichbar einer Minikamera ersetzt werden.

Deren Signale werden drahtlos auf einen Empfänger im Auge übertragen und von dort auf einen Neurocomputer. Dieser liegt in Form einer Folie der Retina dicht am Sehnerv auf - daher EPI-RET - und verwandelt die Signale in Impulsfolgen, welche die noch intakten Ganglienzellen der Netzhaut reizen.

Beim Projekt SUB-RET wird ein Chip in den subretinalen Raum zwischen Pigmentepithel und Netzhaut gepflanzt, "wie eine Erdnuss in der Vakuum-packung", so Projektleiter Zrenner. Auf dem Chip sitzen lichtempfindliche Mikrophotodioden (Solarzellen), die an Elektroden gekoppelt sind, um den in den Solarzellen erzeugten Strom an die Ganglienzellen weiterzuleiten.

Das subretinale Implantat ersetzt also wie EPI-RET die Photosensoren in der Netzhaut, nutzt aber den optischen Apparat des Auges sowie alle neuronalen Strukturen in der Retina: Horizontale, Bipolare, Amakrine und Ganglienzellen. "Ein wichtiges Teilergebnis unserer Arbeit ist, an Präparaten gestorbener Blinder mit Retinitis pigmentosa festgestellt zu haben, daß zwar Zapfen und Stäbchen in der Netzhaut untergehen, die inneren Schichten der Retina aber auch nach Jahren der Blindheit erhalten bleiben", erläuterte Zrenner. "Das ist eine prinzipielle Voraussetzung für einen solchen Ansatz."

Die Mikrophotodioden-Chips (MPD-Chips) mit einem Durchmesser von zwei bis drei Millimetern können entlang einer Kontaktfolie durch ein Fenster in der Lederhaut in Position gebracht werden. In Kaninchenaugen übertragen die MPD-Chips sehr helle Lichtreize von der Netzhaut bis in Nervenzellen der Sehrinde, so Zrenner. Bei Schweinen gelang dies ebenfalls, und zwar für insgesamt 16 Monate.

Chip noch nicht lichtempfindlich genug

"Es gibt eine Informationsvermittlung zwischen Chip und Gehirn. Ob wir allerdings mit dem Chip bei einer Rasterprojektion verschiedene Areale in der Sehrinde stimulieren, was auf eine örtliche Auflösung von Erregungsmustern schließen läßt, wissen wir noch nicht. Das sollen Schlüsselexperimente zeigen, die in spätestens 15 Monaten beendet sein müssen." Auf Basis ihrer Ergebnisse entscheidet das Bundesforschungsministerium, ob die Projekte bis zu klinischen Versuchen weiter gefördert werden. Noch ist der Chip nicht lichtempfindlich genug, um im menschlichen Auge befriedigende Resultate erwarten zu lassen. Deshalb sollen Lichtverstärker integriert werden. Außerdem beginnt die Schutzschicht, die die Solarzellen überzieht, etwa sechs Monate nach Implantation zu korrodieren und sich aufzulösen. Und schließlich ist unklar, ob nicht doch Ganglienzellen sterben, wenn der Chip ihnen die Blutversorgung über die Aderhaut abschnürt. Damit würden Augen von Patienten weiter Schaden nehmen.

"Die Ganglienzellen werden über den retinalen Kreislauf von der anderen Seite mitversorgt", sagt Zrenner. "Zur Zeit haben wir aus Tierversuchen keine Anhaltspunkte, dass Nervenzellen degenerieren. Aber ob dies auch beim Menschen Jahre nach der Implantation so bliebe, wissen wir natürlich nicht."

Die Forscher, welche das Prinzip von EPI-RET unter Projektleitung von Prof. Dr. Rolf Eckmiller am Institut für Neuroinformatik der Universität Bonn unterstützen, haben bereits reiz-ortspezifische Antworten in mehreren Arealen der Sehrinde von Katzen nachweisen können, wenn sie unterschiedliche, auf einer Folie arrangierte Elektroden in der Retina stimulierten.

Auch haben Wissenschaftler des Projektes einen lernfähigen Encoder entwickelt, welcher sicherstellen soll, dass die von der Minikamera im Brillengestell gelieferten optischen Informationen im Gehirn auch der Wirklichkeit entsprechende Seheindrücke vermitteln.

Bei EPI-RET ist aufgrund der Implantation der Elektrodenfolie dicht am Sehnerv die Gefahr größer als bei dem anderen Ansatz, Ganglienzellen in falscher Position zu aktivieren. "Bei Blinden ist das Sehsystem in Schlummerstellung", erläutert Eckmiller. "Es erwartet nach wie vor, dass bei einer Reizung bestimmter Felder der Retina ganz bestimmte Ganglienzellen reagieren." Der Patient kann mit dem Encoder das System, welches die optischen Informationen verarbeitet, durch eine Abgleichung von Soll- und Ist-Wahrnehmung individuell anpassen.

Komplikationsrate unter fünf Prozent

Der chirurgische Eingriff ist bei EPI-RET komplexer als in dem anderen Ansatz, zumal die Augenlinse herausgenommen werden muss, um einen Empfänger für die Signale aus der Kamera zu implantieren. Hornhaut- und Linsentrübungen oder Blutungen traten bei Operationen an Versuchstieren auf oder Löcher in der Netzhaut nach Befes-tigen der Implantate.

Bei beiden Versuchsansätzen sei aber die Rate der operativen Komplikationen durch zunehmende Erfahrung auf unter fünf Prozent gesunken, hieß es in Bonn. Ob EPI- oder SUB-RET das Rennen bis zur klinischen Erprobung machen wird, oder ob es am Ende beide sind, sei derzeit noch unklar, resümierte Prof. Dr. Anselm Kampik, Direktor der Augenklinik der LMU-München und Sprecher des Projekt-Beirates. Mit Spannung erwartet er, ob sich in den Schlüsselexperimenten ortsaufgelöste Wahrnehmung im Tierversuch (Katze) nachweisen lässt. Vielleicht könnten unterschiedliche Sehprothesen bei Visusverlusten verschiedener Ursache wie Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa helfen.

Nicola Siegmund-Schultze, Ärzte Woche 2/2000

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