Phillip Hopkins
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Eine künstliche Netzhaut aus organischer Tinte und Gold kann möglicherweise eines Tages das Sehvermögen wiederherstellen, so eine neue Studie.
Das neue Gerät ist eine extrem dünne Schicht aus organischen Kristallpigmenten, die häufig in Druckfarben, Kosmetika und Tätowierungen verwendet werden. Wenn diese Pigmente in einer bestimmten Schichtgeometrie angeordnet sind, können die Kristalle Licht absorbieren und in elektrische Signale umwandeln, genau wie die lichtempfindlichen Zellen - sogenannte Photorezeptoren - in der Netzhaut des Auges und ermöglichen laut der im Mai veröffentlichten Studie das Sehen 2 in der Zeitschrift Advanced Materials.
Das Gerät ist vielversprechend für die Wiederherstellung des Sehvermögens von Millionen von Menschen mit Krankheiten wie Retinitis pigmentosa, einer genetisch bedingten Augenkrankheit und altersbedingter Makuladegeneration, einer der Hauptursachen für Blindheit bei älteren Menschen.
Bei diesen Krankheiten gehen Photorezeptoren verloren, aber andere Neuronen in der Netzhaut, die die elektrischen Signale verarbeiten und an das Gehirn übertragen, bleiben erhalten. "Wir haben diese Neuronen, die vollkommen gesund sind und funktionieren", sagte der leitende Studienforscher Eric Glowacki, ein Forscher, der organische Elektronik an der Universität Linköping in Schweden studiert. "Daraus folgt, können wir die Fotorezeptoren umgehen und die Neuronen direkt stimulieren?" [Superintelligente Maschinen: 7 Roboter-Futures]
Das Umgehen der Fotorezeptoren im Auge ist keine neue Idee. Es gibt andere Netzhautimplantate, die am Menschen getestet werden oder bereits auf dem Markt sind. Einige verwenden externe Kameras, die auf in die Netzhaut implantierte Elektroden übertragen werden, und versorgen das Gerät mit einer anderen Einheit, die hinter dem Ohr implantiert ist. Andere Teams untersuchen drahtlose Ansätze mit miniaturisierten Solarzellen als Ersatz für Fotorezeptoren.
Das Besondere an dem neuen Implantat ist, dass es drahtlos ist und organische Verbindungen anstelle von Material auf Siliziumbasis verwendet, wodurch es vom Körper eher akzeptiert wird.
"Das ist ziemlich einzigartig", sagte Derrick Cheng, ein Forscher an der Brown University, der Biohybrid-Ansätze für Netzhautimplantate untersucht, aber nicht an der neuen Studie beteiligt war. "Das Auge hat natürlich eine pigmentierte Schicht. Dieser Ansatz ähnelt also eher dem, wie die Netzhaut tatsächlich aussieht."
Das Gerät ist auch extrem dünn, was für alles, was in das empfindliche Augengewebe implantiert werden soll, entscheidend ist, sagte Cheng. Tatsächlich ist es mit nur 80 Nanometern 100-mal dünner als ein einzelnes Neuron und 500-mal dünner als die dünnsten Silizium-Netzhautimplantate, so die Studie.
Es ist schwierig, drahtlose Implantate herzustellen, die selbst genug Strom erzeugen können, um Neuronen zu aktivieren. Für Glowacki und seine Kollegen bestand das Finden der Lösung darin, verschiedene Kombinationen von Pigmenten zu testen und zu optimieren, die gut Licht absorbieren können. Sie tragen zwei Schichten mit zwei verschiedenen Pigmenten auf eine Goldschicht auf. Wenn dieses Sandwich Licht ausgesetzt wird, sammeln sich oben Elektronen an, und die positive Ladung geht nach unten und lädt die Goldschicht auf. Wenn das Gerät in Salzwasser gelegt wird, das der Umgebung im Auge ähnlich ist, erzeugt es ein elektrisches Feld, das von benachbarten Neuronen erfasst wird.
Als es an der Zeit war, das Gerät auf einer Netzhaut zu testen, extrahierten Yael Hanein, Professor für Elektrotechnik an der Universität Tel Aviv in Israel, und ihr Team Netzhäute aus Hühnerembryonen. Wenn ein Huhn im Ei wächst, entwickeln sich seine Augen bis zum 14. Tag, aber die Fotorezeptoren bilden sich erst am 16. Tag. Dies gibt den Forschern ein zweitägiges Fenster, um eine "blinde" Netzhaut in die Hände zu bekommen.
Nachdem das Gerät an der extrahierten Netzhaut des Huhns befestigt worden war, beleuchteten die Forscher es und stellten fest, dass es genug Strom erzeugte, um den Rest der Netzhautneuronen zu stimulieren. "Das war die Krönung", sagte Glowacki .
Das Team testet das Gerät nun mit Hilfe freiwilliger menschlicher Netzhautchirurgen an lebenden Kaninchen. Obwohl die Kaninchen nicht blind sind, sehen sie natürlich kein Rot, da sie Photorezeptoren nur für grüne und blaue Spektren haben. Wenn das Netzhautimplantat, das das rote Spektrum aufnimmt, wie beabsichtigt funktioniert, könnten die Forscher die resultierende neuronale Reaktion im visuellen Kortex der Tiere sehen, sagte Glowacki. Mit anderen Worten, sie könnten sehen, ob das Gerät den Tieren erlaubt, rot zu sehen.
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