Имплантаты сетчатки

Эпиретинальные имплантаты расположены на внутренней поверхности сетчатки, непосредственно стимулируя ганглиозные клетки в обход всех других слоев сетчатки. Эпиретинальные имплантаты состоят из кремниевой пластины с массивом платиновых электродов, установленного на внутреннем слое сетчатки. Массив стабилизируется с помощью микрогвоздей, с небольшим механическим давлением со стороны стекловидного тела. Эпиретинальный имплантат требует внешнюю камеру для получения изображений[12]. Камера получает изображение окружающей среды, обрабатывает изображение и передает информацию об изображении на имплантированную электродную решетку по беспроводному каналу телеметрии. Внешний передатчик также требуется, чтобы обеспечить непрерывное питание имплантата с помощью радиочастотной индукции или инфракрасных лазеров. Внешняя камера и чип обработки изображения, как правило, устанавливается на очки пациента[3]. Обработка изображений включает в себя снижение разрешения изображения и преобразования изображения в пространственный и временной шаблоны стимуляции, для активации соответствующих клеток сетчатки[4][12].

Эпиретинальные имплантаты имеют то преимущество, что они обходят большую часть сетчатки, перекрывая функцию ганглиозных клеток во внутреннем слое сетчатки. Таким образом, эпиретинальные имплантаты могут обеспечить зрительное восприятие у людей с заболеваниями сетчатки, выходящими за пределы фоторецепторного слоя. Большинство электроники может поддерживать связанные с ней внешние компоненты, что позволяет снизить размеры имплантата и делать простые обновления без дополнительной операции[13]. Внешняя электроника также позволяет врачу иметь полный контроль над обработкой изображений и адаптировать обработку для каждого пациента[3]. Кроме того, специфика расположения эпиретинальных имплантатов позволяет стекловидному телу служить в качестве теплоотвода для имплантата[14].

Основным недостатком эпиретинальных имплантатов является необходимость внешнего устройства, которое может быть громоздким для носки. Внешняя камера также вынуждает субъекта делать движение головой при изменении направления взгляда. Эпиретинальные имплантаты могут стимулировать не только ганглиозные клетки, но и близлежащие аксоны, которые могут быть связаны с другими ретинотопными областями. Это может привести к слегка искаженной стимуляции шаблона, которая должна быть исправлена при электронной обработке[4]. Кроме того, стимуляция слоя ганглиозных клеток требует более сложных методов обработки изображений для того, чтобы учесть обычную обработку, связанную с обойденными слоями сетчатки[3]. В то время как эпиретинальный имплантат может быть стабилизирован давлением стекловидного тела, может потребоваться дополнительная механическая фиксация с использованием микрогвоздей[15][16].

Первый эпиретинальный имплантат, ARGUS, включал в себя кремниевую пластину с массивом из 16 платиновых электродов[12]. Фаза I клинических испытаний ARGUS началась в 2002 году имплантацией устройства шести участникам. Все пациенты сообщили о увеличении яркости и дискретизации фосфенов, у некоторых больных отмечалось значительное улучшение зрительной функции с течением времени. Будущие версии ARGUS разрабатываются для все более плотных матриц электродов, что позволяет улучшить пространственное разрешение. Самое недавнее устройство ARGUS II содержит 60 электродов, и 200 электродное устройство находится в стадии разработки офтальмологов и инженеров в USC Eye Institute[17]. ARGUS II получило маркетинговую аттестацию в феврале 2011 года (CE Mark демонстрирует безопасность и производительность) и оно доступно в Германии, Франции, Италии и Великобритании. Промежуточные результаты долгосрочных исследований на 30 пациентах были опубликованы в Ophthalmology in 2012. Argus II получил одобрение от FDA США 14 апреля 2013 года. FDA Approval Boston Subretinal Implant Project разработала также ряд итераций функциональных эпиретинальных имплантатов, и сосредоточилась на анализе функций имплантатов.Другое эпиретинальное устройство, обучаемый имплантат сетчатки, было разработано IIP technologies GmbH, и начало проходить клинические испытания[12]. Четвертое эпиретинальное устройство, EPI-RET, было разработано и начались клинические испытания у шести пациентов. EPI-RET содержит 25 электродов и требует замены хрусталика на чип приёмника. Все субъекты продемонстрировали способность к различению разных пространственных и временных форм стимуляции[18].

Субретинальные имплантаты находятся на внешней поверхности сетчатки, между слоем фоторецепторов и пигментным эпителием сетчатки, непосредственно стимулируя клетки сетчатки, опираясь на обычную обработку внутренним и средним слоями сетчатки[3]. Приклеить субретинальный имплантат в этом месте относительно просто, так как имплантат механически ограничен расстоянием между наружным слоем сетчатки и пигментным эпителием сетчатки. Субретинальный имплантат состоит из кремниевой пластины, содержащей светочувствительные микрофотодиоды, которые генерируют сигналы непосредственно от входящего света. Падающий свет, проходящий через сетчатку генерирует токи в микрофотодиодах, которые непосредственно впрыскивают результирующий ток в основные клетки сетчатки с помощью массива мультиэлектродов. Структура микрофотодиодов активируется падающим светом, следовательно, стимулирует типы биполярных, горизонтальных, амакриновых и ганглиозных клеток, что приводит к визуальному восприятию исходного падающего изображения. В принципе, субретинальные имплантаты не требуют какого-либо внешнего оборудования сверх имплантированного микрофотодиодного массива. Тем не менее, некоторые субретинальных имплантаты требуют питания от внешней схемы усиления сигнала изображения[4].

Субретинальный имплантат имеет некоторые преимущества по сравнению с эпиретинальным имплантатом в плане простоты его разработки. Получение световой картины, её обработка и стимуляция — всё осуществляется микрофотодиодами, установленными на одном чипе, в отличие от эпиретинального имплантата, требующего внешней камеры, чипа обработки, и имплантирования множества электродов[4]. Субретинальное размещение также упрощает дело, так как размещает стимулирующий массив в непосредственной близости от повреждённых фоторецепторов[3][12]. Опираясь на функции остальных слоёв сетчатки, субретинальные имплантаты позволяют нормальную внутреннюю обработку сетчатки, в том числе усиление, что приводит к снижению общего порога негативной реакции[3]. Кроме того, субретинальные имплантаты позволяют перемещать взор посредством обычных движений глаз. Ретинотопическая стимуляция с субретинальных имплантатов изначально более точна, так как картина падающего света на микрофотодиоды является прямым изображением. Субретинальные имплантаты требуют минимальную фиксацию, поскольку субретинальное пространство механически ограничено и пигментный эпителий сетчатки создает отрицательное давление в пределах субретинального пространства[4].

Основным недостатком субретинальных имплантатов является требовательность достаточности уровня падающего света для нормальной работы микрофотодиодов. Таким образом, субретинальные имплантаты часто включают внешний источник питания для усиления эффекта падающего света[3]. Компактный характер субретинального пространства накладывает существенные ограничения на размер имплантата. Близость между имплантатом и сетчаткой также увеличивает возможность термического повреждения сетчатки от тепла, выделяемого имплантатом[4]. Субретинальные имплантаты требуют неповреждённости внутреннего и среднего слоев сетчатки, и, следовательно, не пригодны для заболеваний сетчатки, выходящих за внешний слой фоторецепторов. Кроме того, потеря фоторецепторов может привести к образованию мембраны на границе повреждённых фоторецепторов, которая, в свою очередь, может препятствовать стимуляции и увеличению порога стимуляции[12].

Optobionics была первой компанией, разработавшей субретинальный имплантат и проверку в клинических испытаниях. В первых сообщениях говорилось, что процедура имплантации безопасна, и всеми участниками испытаний было отмечено мягкое улучшение зрительной функции и частичное возвращение восприятия света[19]. Текущая версия этого устройства была имплантирована 10 пациентам, каждый из которых сообщил об улучшении в восприятии визуальных деталей, в том числе контраста, формы и движения[4]. Компанией Retina Implant AG в Германии был также разработан субретинальной имплантат, который прошёл клинические испытания у девяти пациентов. Опыты были отложены из-за неудач и провалов[12]. Устройство Retina Implant AG содержит 1500 микрофотодиодов, что позволяет повысить пространственное разрешение, но требует внешнего источника питания. Retina Implant AG сообщил 12 месячные результаты по исследованию в Alpha IMS study в феврале 2013, показав, что шесть из девяти пациентов имели отказы устройства в течение девяти месяцев после имплантации, Proceedings of the royal society B и что пять из восьми субъектов сообщили о различных импланто-опосредованных зрительных восприятиях в повседневной жизни. У одного было повреждение зрительного нерва и он не воспринимал стимуляции. [20]. Результаты всех клинических испытаний на сегодняшний день показывают, что пациенты, получившие субретинальные имплантаты, сообщают о восприятии фосфенов, некоторые набирают способность к выполнению основных визуальных задач, таких как распознавание формы и обнаружения движения[12].