"Mini-Solarzelle" im Auge lässt Menschen wieder besser sehen
Verschwommene Gesichter, unlesbare Verkehrsschilder und unscharfe Notizen erschweren den Alltag vieler Menschen. Manche Betroffene sehen ihre Umwelt hingegen wie durch einen grauen Schleier. Ursache dafür ist, dass die Fotorezeptoren auf ihrer Netzhaut (Retina) nicht mehr funktionieren, obwohl die dahinterliegenden Nervenzellen noch gesund sind.
Diese Beeinträchtigung wird insbesondere durch zwei Erkrankungen verursacht: Die Retinitis pigmentosa (RP) – ein Sammelbegriff für verschiedene genetische Erkrankungen – und die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) – eine der häufigsten Ursachen für Sehbehinderungen im höheren Alter. Je nach Art der beschädigten Rezeptoren variiert das Ausmaß der Sehbeeinträchtigung.
Künstliche Elektroden
Bisherige Ansätze zur Verbesserung des Sehvermögens setzen auf künstliche Elektroden im Auge. Die stimulieren direkt die Ganglienzellen, das sind spezielle Nervenzellen der Netzhaut. Die Signalverarbeitung, die üblicherweise im Nervennetzwerk hinter der Netzhaut stattfindet, wird dabei aber umgangen. Dies führt oft zu unnatürlichen und verfälschten Seheindrücken. Andere Innovationen mit siliziumbasierten Stimulationschips können das Nervennetzwerk hingegen zwar anregen, sind aber zu starr und damit ungeeignet für den Einsatz im Auge.
Ein Forschungsteam der Technischen Universität Wien rund um Andrea Corna vom Institut für Biomedizinische Elektronik könnte mit einem neuen Ansatz künftig bessere Ergebnisse erzielen. Zur Anwendung kommt ein ultradünner, bioorganischer Photovoltaik-Sensor, der hinter der Retina platziert wird.
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Elektrische Signale
Dieser Sensor funktioniert wie eine kleine Solarzelle: Er wandelt Licht in elektrische Signale um und regt gezielt das natürliche Nervennetzwerk der Retina an. Dafür nutzt er Infrarotlicht, das vom Auge kaum gefiltert wird.
„Das Infrarotsignal durchdringt die Netzhaut, um das Implantat zu aktivieren. Der Sensor stimuliert dann mit einem Stromimpuls die Zellen in der Netzhaut von der Seite der Fotorezeptoren aus und nutzt dabei die Schaltkreise der Netzhaut“, erklärt der Forschungsleiter Andrea Corna der futurezone. Dadurch soll ein natürlicheres Sehen möglich werden.
Gut verträglich
Getestet wurde die Technologie an Retinagewebe von Mäusen ohne funktionierende Fotorezeptoren, aber mit intaktem Nervennetzwerk und gesunden Ganglienzellen. Für den Versuch wurde die Netzhaut mit einer photovoltaischen Elektrode stimuliert und gleichzeitig die Antworten der Ganglienzellen aufgezeichnet. Die durch die Elektrode erzeugten Aktivitätsmuster entsprachen dabei nahezu jenen eines gesunden Auges.
„Bei natürlicher Lichtstimulation wird das Licht in elektrische Signale umgewandelt, die durch die Netzhautschichten zu den Ganglienzellen gelangen und dort ein charakteristisches Muster elektrischer Impulse erzeugen“, so Corna. Die Ergebnisse zeigen, dass die künstliche Stimulation sehr nah an natürliche Sehmuster herankommt. Das verwendete Material ist außerdem flexibel und gut verträglich.
Fakten
Retinitis pigmentosa
Diese Krankheit zählt zu den häufigsten erblichen Netzhauterkrankungen. Weltweit leiden rund 1,5 Millionen Menschen daran.
Makuladegeneration
Mit ansteigendem Alter steigt das Risiko für eine altersbedingte Makuladegeneration. Im Jahr 2020 wurde die Gesamtzahl der Betroffenen weltweit auf rund 196 Millionen geschätzt. Betroffen sind vorrangig Personen im Alter zwischen 45 und 85 Jahren.
Hohe Auflösung
Eine zukünftige Herausforderung sei laut dem Wissenschafter eine hohe räumliche Auflösung. „Eine der erstaunlichen Eigenschaften des menschlichen Auges ist seine hohe Sehschärfe, also die Fähigkeit, sehr feine Details – etwa beim Lesen – zu erkennen. Um dies nachzuahmen, müssen wir zeigen, dass unsere Elektroden mit sehr hoher Präzision stimulieren können, idealerweise einzelne Zielzellen, damit komplexe Muster wie kleine Buchstaben auf der Netzhaut erzeugt werden können“, sagt er.
Daneben müsse eine langfristige Stabilität erreicht werden: „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass die Materialien biokompatibel sind, doch wir müssen nachweisen, dass sie über viele Jahre hinweg stabil und funktionsfähig bleiben.“
Generell eignet sich das Seh-Implantat für Erkrankungen, bei denen Teile der Netzhaut noch funktionsfähig sind. Ist dies nicht der Fall, bleibe nur die Möglichkeit einer Implantation im visuellen Cortex – der Teil des Gehirns, der für die Verarbeitung visueller Informationen verantwortlich ist. Dies sei aber eine deutlich größere technologische Herausforderung. Corna zufolge widmen sich weltweit zahlreiche Labore intensiv auch dieser Forschungsrichtung, um auch blinden Menschen wieder zu einem Sehvermögen zu verhelfen.