Erblindete Menschen können Buchstaben lesen

Neuartige Verkapselung garantiert Langzeitstabilität - 1500 Stimulationselektroden vermitteln Kontakt zur Netzhaut

In einer an der Universitätsaugenklinik Tübingen durchgeführten Studie mit elf Patienten konnte zum ersten mal gezeigt werden, dass ein unter die Netzhaut eingepflanzter, lichtempfindlicher Chip bei erblindeten Menschen Sehleistungen wiederherstellen kann, die bis hin zur Erkennung von Buchstaben und Wörtern reichen. Für den langzeitsicheren Betrieb des Chips entwickelte das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut (NMI) in Reutlingen eine neuartige Verkapselung. Die Ergebnisse der Studie wurden am 3. November 2010 in "Proceedings of the Royal Society B" veröffentlicht.

Zentraler Bestandteil Implantats ist ein drei mal drei Millimeter großer mikroelektronischer Chip mit 1500 lichtempfindlichen Photodioden und Verstärkern, die Lichtinformationen in elektrische Impulse umwandeln und diese über ein Raster von Mikroelektroden an die Netzhaut weiterleiten.

Dass ein elektrisch aktiver Mikrochip unter der Netzhaut stabil und sicher funktioniert, ist keinesfalls selbstverständlich. Die verwendeten Materialien sind nicht nur für den Menschen verträglich, sondern schützen auch den Chip mit seiner empfindlichen Elektronik in der ungewohnten biologischen Umgebung. Mit einem am NMI entwickelten Prozess wird auf den Chip eine nur wenige tausendstel Millimeter dicke, für Gewebeflüssigkeit undurchdringlichen Polymerschicht aufgebracht. Die mikrotechnische Herausforderung bestand jedoch nicht nur in der Langzeitstabilität des Materials, sondern in der Durchführung von 1500 elektrischen Mikrokontakten durch die ansonsten geschlossene Schutzschicht - von den Leiterbahnen der elektrischen Schaltungen im Chip zu den auf die ebenfalls vom NMI auf die Schicht aufgebrachten Mikroelektroden, die den elektrischen Kontakt zur Netzhaut vermitteln.

Schutz vor Feuchtigkeit

Diese Verkapselung eines implantierbaren, elektronischen Mikrochips mit 1500 Stimulationselektroden auf seiner Oberfläche ist bislang einzigartig. Üblicherweise werden z.B. bei Herzschrittmacher und Cochlea-Implantaten die elektronischen Bauteile in einem Metallgehäuse mit Kabeldurchführungen untergebracht, um sie vor Feuchtigkeit und Korrosion zu schützen.

Das in der klinischen Studie verwendete Implantat ist das Ergebnis der langjährigen Zusammenarbeit der Universitätsaugenkliniken Tübingen und Regensburg, dem Institut für Mikroelektronik in Stuttgart (IMS), dem NMI sowie den Firmen Retina Implant AG und der ebenfalls in Reutlingen ansässigen Multi Channel Systems MCS GmbH. MCS lieferte die externe Ansteuerelektronik für den vom IMS entwickelten und gefertigten Chip. Das NMI ist seit 15 Jahren an der Entwicklung des subretinalen Netzhautchips beteiligt. Neben den technischen Entwicklungen von Mikroelektroden für die sichere Langzeitstimulation, biostabilen Schutzschichten und flexiblen Mikroleiterbahnen wurden von Anfang an biophysikalische Untersuchungen zur elektrischen Netzhautstimulation durchgeführt. So wurden als Vorgaben für die Auslegung des Chips die geeigneten Reizstärken zur Netzhauterregung und sinnvolle Abstände der 1500 Stimulationselektroden ermittelt.

Originalpublikation

Titel: Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words
Journal, Artikelnr.: Proceedings of the Royal Society B, doi: 10.1098/rspb.2010.1747