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.
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.
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.
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.
Herausgeber:
Berufsverband der Augenärzte Deutschlands e.V. (BVA)
als Geschäftsbesorger der AAD GbR
Tersteegenstr. 12, 40474 Düsseldorf
Pressekontakt:
Pressereferat: Herr D. Pleger
Tersteegenstr. 12, 40474 Düsseldorf
Tel. 0211 43037 00
Fax 0211 43037 20
presse(at)augeninfo.de
www.augeninfo.de