Subretinale visuelle Implantate

 

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Zusammenfassung

Als visuelle Implantate werden medizinische Technologien bezeichnet, die Teile der visuellen neuronalen Bahn ersetzen. Das von unserer Arbeitsgruppe entwickelte subretinale Implantat wird seit 2005 in Humanstudien eingesetzt und ersetzt bei Blinden die Funktion untergegangener Photorezeptoren durch elektronische Lichtempfänger. Es besteht aus einem 70 µm dünnen Mikrochip mit 1500 Mikrophotodioden mit je einem Verstärker und einer Elektrode auf einer Fläche von 3 mm × 3 mm. Die Stromversorgung erfolgt über ein subdermales Stromversorgungskabel. Der Mikrochip wird unter die Makula implantiert und wandelt das einfallende Licht in elektrische Signale um, die an die Bipolarzellen weitergeleitet werden. Voraussetzungen für eine gute Funktion des Chips sind erhaltene Funktion der inneren Netzhaut sowie klare optische Medien und eine früher vorhandene Sehfähigkeit. Die aktuelle Technologie kann bei Blinden ein Gesichtsfeld von ca. 10 – 12° und eine rechnerische Auflösung von bis zu 0,25° Sehwinkel (entspricht ca. 0,063 – 0,08 Sehschärfe) ermitteln. Die besten Ergebnisse unserer bisherigen Studien erbrachten eine durch das Implantat vermittelte Sehschärfe von 0,021 bei blinden Patienten mit Retinitis pigmentosa. Diese Übersicht soll den Augenarzt über den aktuellen Stand der Technologie informieren und bei der Beratung interessierter Patienten helfen.

Abstract

Visual implants are medical technologies that replace parts of the visual neuronal pathway. The subretinal implant developed by our group is being used in a human trials since 2005 and replaces the function of degenerated photoreceptors by an electronic device in blind patients. The subretinal implant consists of a 70-µm thin microchip with 1500 microphotodiodes each with an amplifier and an electrode with area of 3 mm × 3 mm. The power supply is provided by a subdermal power supply cable. The microchip is implanted under the macula and transforms the light signal into an electrical one, which is referred directly to the bipolar cells. Requirements for a good function of the implant are a preserved function of the inner retina, as well as clear optic media and a good visual acuity in the earlier life. The current technology can mediate a visual field of 10 – 12° and a computed resolution of up to 0.25° visual angle (corresponding to a visual acuity of 63 / 1000 – 80 / 1000) in blind patients. The so far best results from our studies reached a visual acuity of 21 / 1000 in blind retinitis pigmentosa patients. This overview is intended to inform the ophthalmologist about the current state of the technology and help him/her to advise interested patients.

Literatur

• 1 Zrenner E. Will retinal implants restore vision?.  Science. 2002;  295 1022-1025
  Google Scholar
• 2 Zrenner E, Gekeler F, Gabel P V et al. Subretinal microphotodiode array as replacement for degenerated photoreceptors?.  Ophthalmologe. 2001;  98 357-363
  Google Scholar
• 3 Gekeler F, Zrenner E. Status of the subretinal implant project. An overview.  Ophthalmologe. 2005;  102 941-949
  Google Scholar
• 4 Yanai D et al. Visual performance using a retinal prosthesis in three subjects with retinitis pigmentosa.  Am J Ophthalmol. 2001;  143 820-827
  Google Scholar
• 5 Horsager A, Greenberg R J, Fine I. Spatiotemporal interactions in retinal prosthesis subjects.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;  51 1223-1233
  Google Scholar
• 6 Chader G J, Weiland J, Humayun M S. Artificial vision: needs, functioning, and testing of a retinal electronic prosthesis.  Prog Brain Res. 2009;  175 317-332
  Google Scholar
• 7 Hornig R, Laube T, Walter P et al. A method and technical equipment for an acute human trial to evaluate retinal implant technology.  J Neural Eng. 2005;  2 S129-S134
  Google Scholar
• 8 Brelen M E, Vince V, Gérard B et al. Measurement of evoked potentials following electrical stimulation of the human optic nerve.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;  DOI: 10.1167 /iovs.09-4346
  Google Scholar
• 9 Normann R A, Greger B, Greger B A et al. Toward the development of a cortically based visual neuroprosthesis.  J Neural Eng. 2009;  6 035 001
  Google Scholar
• 10 Humayun M S, Dorn J D, Ahuja A K et al. Preliminary 6 month results from the Argus II epiretinal prosthesis feasibility study.  Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009;  2009 4566-4568
  Google Scholar
• 11 Zrenner E, Stett A, Weiss S et al. Can subretinal microphotodiodes successfully replace degenerated photoreceptors?.  Vision Res. 1999;  39 2555-2567
  Google Scholar
• 12 Schwahn H, Gekeler F, Kohler K et al. Studies on the feasibility of a subretinal visual prosthesis: data from Yucatan micropig and rabbit.  Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 2001;  239 961-967
  Google Scholar
• 13 Kohler K, Hartmann J A, Werts D et al. Histological studies of retinal degeneration and biocompatibility of subretinal implants.  Ophthalmologe. 2001;  98 364-368
  Google Scholar
• 14 Guenther E, Tröger B, Schlosshauer B et al. Long-term survival of retinal cell cultures on retinal implant materials.  Vision Res. 1999;  39 3988-3994
  Google Scholar
• 15 Zrenner E, Miliczek K D, Gabel V P et al. The development of subretinal microphotodiodes for replacement of degenerated photoreceptors.  Ophthalmic Res. 1997;  29 269-280
  Google Scholar
• 16 Besch D et al. Extraocular surgery for implantation of an active subretinal visual prosthesis with external connections: feasibility and outcome in seven patients.  British Journal of Ophthalmology. 2008;  92 1361-1368
  Google Scholar
• 17 Gekeler F, Messias A, Ottinger M et al. Phosphenes electrically evoked with DTL electrodes: a study in patients with retinitis pigmentosa, glaucoma, and homonymous visual field loss and normal subjects.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006;  47 4966-4974
  Google Scholar
• 18 Eckhorn R et al. Visual resolution with retinal implants estimated from recordings in cat visual cortex.  Vision Res. 2006;  46 2675-2690
  Google Scholar
• 19 Bach M, Wilke M, Wilhelm B et al. Basic quantitative assessment of visual performance in patients with very low vision.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;  51 1255-1260
  Google Scholar
• 20 Zrenner E, Bartz-Schmidt K U, Benar H et al. Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words. Proceedings of the Royal Society B. Biological Sciences 2010. DOI: doi: 10.1098/rspb.2010.1747
  Google Scholar
• 21 Zrenner E. Restoring neuroretinal function: new potentials.  Doc Ophthalmol. 2007;  115 56-59
  Google Scholar
• 22 Wilke R, Bach M, Wilhelm B. et al .Testing Visual Functions in Patients with Visual Prostheses. In Humayun M, Weiland J D, Chader G, Hrsg Artificial Sight: Basic Research, Biomedical Engineering, and Clinical Advances.. New York: Springer; 2007: 91-110
  Google Scholar
• 23 Stingl K, Bartz-Schmidt K U, Benar H et al. Subretinal electronic chips can restore useful visual functions in blind retinitis pigmentosa patients. Biomed Tech (Berl) 2010; 55 (Suppl. 1), doi: 10.1515/BMT.2010.435
  Google Scholar

Dr. Katarina Stingl

Department für Augenheilkunde, Universitätsklinikum Tübingen

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