Tid er ikke kroppens venn. År vil slite bort fargen på håret ditt, sløye kosens ledd, slette hudens elastisitet. Blant disse mange indignitetene i alderen, er imidlertid en av de verste potensielle synstap.
Den viktigste årsaken til aldersrelatert synstap er makulær degenerasjon - en sykdom som langsomt spiser bort i det sentrale synet, og etterlater et uskarpt eller mørkt hull midt i synsfeltet ditt. National Institutes of Health anslår at innen 2020 vil nesten tre millioner amerikanere over 40 år lide av et eller annet stadium av sykdommen. Men synstap er ikke begrenset til eldre. Retinitis pigmentosa, en genetisk arvelig sykdom, rammer også rundt 1 av 4000 mennesker i USA - både store og små.
Sykdommene retter seg mot fotoreseptorene, som er stav- og kjegleformede celler på baksiden av øyet. Disse cellene konverterer lys til et elektrisk signal som reiser til hjernen via synsnerven. Makulær degenerasjon og retinitis pigmentosa bryter ned disse fotoreseptorene. I de mest avanserte sykdomsformene blir mange oppgaver nesten umulige uten hjelp: å lese tekst, se på TV, kjøre bil, til og med å identifisere ansikter.
Selv om virkningene er alvorlige, er ikke alt håp tapt. Resten av netthinnens nevroner og celler som overfører de elektriske signalene blir ofte intakte. Det betyr at hvis forskere kan rigge en enhet som i hovedsak kan etterligne funksjonen til stenger og kjegler, kan kroppen fremdeles behandle de resulterende signalene.
Forskere og utviklere over hele verden prøver å gjøre nettopp det. Et team på Stanford bruker en liten og elegant løsning: bittesmå fotodiodeimplantater, en brøkdel av bredden på et hår på tvers, som settes inn under den skadede delen av netthinnen.
"Det fungerer som solcellepanelene på taket ditt, og omdanner lys til elektrisk strøm, " sier Daniel Palanker, professor i oftalmologi ved Stanford University, i en pressemelding om arbeidet. "Men i stedet for at strømmen flyter til kjøleskapet ditt, strømmer den inn i netthinnen."
PRIMA består av netthinnimplantater, et par briller med videokamera og en lomme-datamaskin. (Daniel Palanker Lab) Kalt PRIMA (Photovoltaic Retinal IMplAnt), er minuttpanelene paret med et sett med briller som har et videokamera innebygd i midten. Kameraet tar bilder av omgivelsene og overfører bildene trådløst til en lomme-datamaskin for behandling. Deretter stråler brillene de behandlede bildene til øynene i form av pulser av nær infrarødt lys.
Det bittesmå utvalget av silisium "solcellepanel" -implantater - hver omtrent 40 og 55 mikron over i PRIMAs siste iterasjon - plukker opp IR-lyset og konverterer det til et elektrisk signal, som sendes gjennom kroppens naturlige nettverk av nevroner og konverteres til et bilde i hjernen.
For å teste ut enheten, implanterte teamet de bittesmå PRIMA-panelene i rotter, og utsatte dem deretter for lysglimt, og målte responsen deres med elektroder implantert over den visuelle cortex - den delen av hjernen som behandler bilder. Ved å bruke de 70 mikron implantatene de hadde utviklet på den tiden, fant forskerne at rottene hadde rundt 20/250 syn - litt over juridisk blindhet i USA, som er 20/200 visjon. Dette betyr at en person kan se på 20 fot hva en person med perfekt syn kan se på 250 fot, noe som gjør det meste av omgivelsene uskarpe.
"Disse målingene med 70 mikron piksler bekreftet våre forhåpninger om at protese synsstyrken er begrenset av pikselhøyden [eller avstanden fra midten av en piksel til midten av neste piksel]. Dette betyr at vi kan forbedre den ved å gjøre piksler mindre, "Skriver Palanker via e-post. De har allerede utviklet piksler med tre fjerdedeler av størrelsen. "Vi jobber nå med enda mindre piksler, " skriver han.
PRIMA er selvfølgelig ikke det eneste teamet som jager dette målet. En enhet kalt Argus II fra Second Sight, et selskap i California, har allerede gjort det mulig å markedsføre seg i USA Godkjent i februar 2013 av Food and Drug Administration for pasienter med alvorlig retinitis pigmentosa. Det grunnleggende oppsettet ligner på PRIMA. Men i stedet for et solcellepanel, er implantatet et rutenett med elektroder, som er festet til en elektronikkhylse i størrelse og interne antenner. Et brillekamera tar et bilde som behandles av en liten datamaskin og deretter overføres trådløst til implantatet, som avfyrer elektriske signaler for å lage bildet.
Men det er flere ulemper med dette systemet. Implantatets elektronikk er voluminøs, og antennene kan oppleve forstyrrelser fra hvitevarer eller andre antenneavhengige dingser, for eksempel mobiltelefoner. Enheten har også begrenset oppløsning, og gjenoppretter visjonen til rundt 20 / 1.260 uten ytterligere bildebehandling. På grunn av denne begrensede oppløsningen har FDA bare godkjent bruken hos pasienter som nesten er helt blinde.
"FDA ønsker ikke å risikere å skade synet i et øye som allerede har noen, fordi mengden av visuell restaurering er minimal, " sier William Freeman, direktør for Jacobs Retina Center ved University of California San Diego . "Du kan bli litt, men det er ikke mye."
Mange flere teknologier er også i verkene. Et tysk selskap Retinal Implant AG bruker en digital brikke, som ligner på det som finnes i et kamera. Men foreløpige tester for teknologien hos mennesker har blitt blandet. Freeman er en del av et annet selskap, Nanovision, som sysselsetter nanotrådimplantater som knapt er større enn en bølgelengde av lys. Selv om de fungerer på samme måte som PRIMAs fotodioder, sier Freeman at de har potensiale til å være mer følsomme for lys og kan hjelpe fremtidige pasienter å se på en gråtoner - ikke bare svart og hvitt. Teknologien er fremdeles i dyreforsøk for å evaluere dens effektivitet.
"[For] alle disse teknologiene er det begrensninger som er iboende, " sier Grace L. Shen, direktør for programmet for netthinnesykdommer ved National Eye Institute. Selv om Shen ikke er direkte involvert i proteseforskning, fungerer Shen som programansvarlig for et av bevilgningene som støtter Palankers arbeid.
PRIMA adresserer noen av grensene for elektrodebaserte løsninger som Second Sight. Selv om bildene den produserer fremdeles er svart / hvitt, lover PRIMA høyere oppløsning uten behov for ledninger eller antenne. Og fordi implantatene er modulære, kan de flislegges slik at de passer til hver enkelt pasient. "Du kan legge så mange du trenger for å dekke et stort synsfelt, " sier Palanker.
Prima er også lettere å implantere. En del av netthinnen løsnes med injeksjon av væske. Da brukes en hul nål lastet med solcellepanelene, hovedsakelig, for å plassere panelene i øyet.
Men som med alle øyeoperasjoner, er det risikoer, forklarer Jacque Duncan, øyelege ved University of California, San Francisco, som ikke var involvert i arbeidet. For den sub-netthinnekirurgi som PRIMA krever, inkluderer disse risikoene netthinneavløsning, blødning og arrdannelse. Det er også en mulighet for at hvis enheten ikke er plassert riktig, kan det skade gjenværende syn.
Når det er sagt, er Duncans bruk av den nye enheten positiv. "Jeg synes dette er en spennende utvikling, " sier hun. "PRIMA-tilnærmingen har et stort potensiale for å gi synsskarphet som kan sammenlignes med eller enda bedre enn den for øyeblikket godkjente Second Sight ARGUS II-enheten."
Som Anthony Andreotolla, en pasient med et Argus II-implantat, fortalte CBS tidligere i år, er visjonen hans absolutt begrenset: "Jeg kan forstå forskjellen mellom en bil, en buss eller en lastebil. Jeg kan ikke fortelle deg hva som gjør bilen er." Men utsiktene til ytterligere fremskritt gir pasienter - inkludert Andreotolla, som lider av retinitis pigmentosa og mistet all syn da han nådde 30-årene - håp for fremtiden.
PRIMA har fortsatt en lang vei foran seg før den er klar for marked. Teamet har inngått samarbeid med Pixium Vision of France og sammen jobber de mot kommersialisering. Palanker og hans medoppfinnere har to patenter relatert til teknologien. Neste trinn er forsøk på mennesker, hvorav det første nettopp ble godkjent av det franske reguleringsorganet. Forsøkene starter små, bare fem pasienter som vil bli studert i løpet av 36 måneder. "Vi ønsker å se hva tersklene er og de kirurgiske problemene, " sier Palanker.
Disse testene vil tjene som bevisets grunnlag for enheten, sier Shen. "Inntil de virkelig tester det på mennesker, kunne vi ikke være sikre på fordelene."
Bildet til høyre viser en bredde på 1 mm implantert subretinalt i et rotteøye. SEM-bildet demonstrerer en større forstørrelse av matrisen med 70 piksler plassert på retinal pigmentepitel i et svineøye. Fargeinnsatsen til venstre viser en enkelt piksel i den sekskantede matrisen. (Daniel Palanker Lab) Akkurat nå, forklarer Shen, er den visuelle klarheten enhetene gir ikke det hun anser som "meningsfylte visuelle bilder." Dette kan bare oppnås ved en bedre forståelse av nevrale traséer. "Hvis du bare har en haug med ledninger, lager den ikke radio, " sier hun. "Du må ha ledningene riktig."
Det samme er visjonen; det er ikke et plug-and-play-system. Ved å kartlegge hele den nevrale banen, kan bare forskere håpe å skape skarpere bilder ved bruk av proteseanordninger, kanskje til og med fargebilder.
Palanker er enig. "Å bruke riktig gjenværende netthinnekretsløp for å generere netthinneproduksjon så nær naturlig som mulig, bør bidra til å forbedre protesesyn, " skriver han i en e-post.
Det er også synssykdommer der mange av disse løsningene ikke vil fungere, sier Freeman. Synstap fra glaukom er et eksempel. "De indre netthinnecellene er døde, så uansett hva du stimulerer er det ingen forbindelser til hjernen, " sier han.
Men mange forskere fra alle felt er på sak, og skyver grensene for det vi vet er mulig - ingeniører, materialforskere, biologer og andre. Selv om det kan ta en stund, er det sannsynligvis fortsatt mer som kommer. Akkurat som med våre mobiltelefoner og kameraer, sier Shen, har systemene blitt raskere, mer effektive og mindre i løpet av de siste tiårene. "Jeg håper at vi ikke har nådd grensen ennå, " legger hun til.
Nøkkelen akkurat nå, sier Freeman, er å styre forventningene. På den ene siden prøver forskere å ikke gi folk falskt håp. "På den annen side vil du ikke fortelle folk at dette er en håpløs ting, " sier han. "Vi prøver, og jeg tror til slutt en eller flere av disse tilnærmingene kommer til å fungere."
