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El primer implante retiniano nanoengineered podía ayudar a la visión funcional del recobro ciego

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Nanowires proporciona más de alta resolución que cualquier cosa alcanzada por otros dispositivos --- más cercano al espaciamiento denso de fotorreceptores en la retina humana

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Un equipo de ingenieros en la Universidad de California San Diego y el La Jolla-basó Nanovision Biosciences Inc. de lanzamiento ha desarrollado la primera prótesis retiniana nanoengineered — un paso más cercano a restaurar la capacidad de neuronas en la retina de responder a la luz.

La tecnología podría ayudar a decenas de millares de personas por todo el mundo que sufrían de las enfermedades neurodegenerative que afectan a vista, incluyendo la degeneración macular, pigmentosa de la retinitis, y de la pérdida de visión debido a la diabetes.

A pesar de avances en el desarrollo de prótesis retinianas durante las últimas dos décadas, el funcionamiento de dispositivos actualmente en el mercado para ayudar a la visión funcional del recobro ciego sigue siendo seriamente limitado — bien bajo umbral de la acuidad de 20/200 que define ceguera legal.

La nueva prótesis confía en dos nuevas tecnologías: órdenes implantados de nanowires fotosensibles y de un sistema inalámbrico del poder/de datos.

Órdenes implantados de nanowires del silicio

La nueva prótesis utiliza órdenes de nanowires que detecten simultáneamente la luz y estimulen eléctricamente la retina. Los nanowires proporcionan más de alta resolución que cualquier cosa alcanzada por otros dispositivos — más cercano al espaciamiento denso de fotorreceptores en la retina humana, según el researchers.*

Las prótesis retinianas existentes requieren un sensor de la visión (tal como una cámara) fuera del ojo capturar una escena visual y después transformarla en señales de estimular secuencialmente las neuronas retinianas (en una matriz). En lugar, los nanowires del silicio imitar los conos de luz-detección y las barras de la retina para estimular directamente las células retinianas. Los nanowires se lían en una rejilla de electrodos, activada directamente por la luz.

Esta traducción directa, local de luz de incidente en el estímulo eléctrico hace para un mucho más simple — y escalable — arquitectura para una prótesis, según los investigadores.

Poder inalámbrico y sistema de telemetría

Para el nuevo dispositivo, el poder se entrega sin hilos, desde fuera del cuerpo al implante, a través de un sistema de telemetría que acciona inductivo. Los datos a los nanowires se envían sobre el mismo vínculo inalámbrico a la velocidad y al rendimiento energético de registro. El sistema de telemetría es capaz de transmitir poder y datos sobre un solo par de bobinas inductivas, uno que emite desde fuera del cuerpo, y otro en el lado de recepción en el ojo. **

Tres de los investigadores han cofundado las ciencia biológicas Jolla-basadas La de Nanovision, socio en este estudio, para desarrollar y para traducir más lejos la tecnología a uso clínico, con el objetivo de restaurar la visión funcional en pacientes con la degeneración retiniana severa. Las pruebas animales con el dispositivo están en curso, con el siguiente de los ensayos clínicos. ***

La investigación fue descrita en una aplicación reciente el diario de la ingeniería de los nervios. Fue financiada por las ciencia biológicas de Nanovision, Qualcomm Inc., y el instituto de la ingeniería en medicina y el instituto de investigación clínico y de translación en Uc San Diego.

* para la agudeza visual de 20/20, un tamaño del pixel del electrodo del μm 5 (micrómetros) se requiere; 20/200 agudeza visual requiere el μm 50. El número mínimo de electrodos requeridos para el texto del reconocimiento de patrones o de la lectura se estima para ser cerca de 600. Los nuevos electrodos nanoengineered del nanowire del silicio son 1 μm en diámetro, y para el experimento, 2500 nanowires del silicio fueron utilizados.

** El dispositivo es altamente económico de energía porque minimiza pérdidas de energía en la transmisión inalámbrica del poder y de datos y en el proceso del estímulo, reciclando la energía electrostática que circula dentro del tanque resonante inductivo, y entre la capacitancia en los electrodos y el tanque resonante. El hasta de 90 por ciento una energía transmitida es entregada y utilizada realmente para el estímulo, que significa menos poder inalámbrico del RF que emite la radiación en la transmisión, y menos calefacción del tejido circundante del poder disipado.

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Éstas son neuronas corticales primarias cultivadas en la superficie de un arsenal de nanowires optoelectrónicos. Aquí una neurona está tirando de los nanowires, indicando que el célula está haciendo bien en este material. (crédito: Uc San Diego)

El *** para el prueba-de-concepto, los investigadores insertó el arsenal sin hilos accionado del nanowire debajo de una retina transgénica de la rata con el rhodopsin P23H golpe-en la degeneración retiniana. La retina degenerada interconectó in vitro con un arsenal del microelectrodo para registrar los potenciales de acción de los nervios extracelulares (“puntos eléctricos” de la actividad de los nervios).

Extracto hacia de prótesis retinianas de alta resolución con la dirección óptica directa y la telemetría inductiva

Objetivo. A pesar de considerables avances en prótesis retinianas durante las dos décadas pasadas, la resolución de la visión restaurada ha seguido limitada seriamente, bien debajo del umbral de la acuidad de 20/200 de la ceguera. Hacia mejoras drásticas en la resolución espacial, presentamos una arquitectura escalable para las prótesis retinianas en las cuales cada electrodo del estímulo es activado directamente por la luz de incidente y accionado por un pulso de voltaje común transferido sobre un solo vínculo inductivo inalámbrico. Acercamiento. La direccionabilidad óptica híbrida y el esquema que acciona electrónico proporciona control espacial y temporal separado sobre el estímulo, y más futuro proporciona el aumento optoelectrónico para los umbrales de la intensidad de la luz corta substancialmente que otras prótesis retinianas ópticamente dirigidas usando órdenes pasivos del microphotodiode. La arquitectura permite el uso de los órdenes de electrodo de alta densidad con los nanowires fotosensibles ultraaltos del silicio, evitando la necesidad del cableado y de la telemetría excesivos de los datos de la alto-producción. En lugar, el solo vínculo inductivo conduce el arsenal entero de electrodos a través de dos alambres y proporciona control externo sobre los parámetros de la forma de onda para el estímulo común del voltaje. Resultados principales. Un sistema completo que comprende vínculo inductivo de la telemetría, el desmodulador del pulso del estímulo, el condensador de serie de carga-equilibrio, y el dispositivo nanowire-basado del electrodo se integra y se valida ex vivo en tejido de la retina de la rata. Significación. Las medidas demuestran control sobre actividad de los nervios retiniana por la luz y el prejuicio eléctrico, validando la viabilidad de la arquitectura propuesta y de sus componentes de sistema como primer paso importante hacia un de alta resolución ópticamente dirigió la prótesis retiniana.