Åldersrelaterad makuladegeneration, en sjukdom som långsamt bryter ner ljuskänsliga celler i näthinnan, är den främsta orsaken till synförlust och blindhet bland personer 65 år och äldre, enligt Centers for Disease Control and Prevention. Läkare kan inte förhindra en sådan synförlust – men ett system som ersätter ljuskänsliga celler designade av Daniel Palanker, professor i oftalmologi, kan lätta bördan.

Enheten – en kombination av bildbehandlingsglasögon och små kiselchips implanterade i näthinnan – har varit under mer än ett decennium. Även om enhetens upplösning ännu inte är där dess designers hoppas få den – för närvarande kan tekniken bara nå 20/200 vision, vilket inte räcker för att läsa klart eller köra säkert – en förstudie av fem patienter har påbörjats i Paris, med en andra planerad senare under året i östra USA.

"Vi publicerade det första konceptdokumentet om hur vi skulle närma oss detta för 12 år sedan, och nu har vi validerat i mänskliga patienter i princip alla viktiga antaganden vi gjorde på vägen, sade Palanker, som också är chef för Hansen Experimental Physics Laboratory och medlem av Stanford Bio-X och Stanford Neurosciences Institute.

För många ledningar

Palanker hade varit intresserad av hur ögon fungerar sedan hans forskarutbildning i tillämpad fysik. Fram till början av 2000-talet, det mesta av Palankers forskning fokuserade på användningen av laser vid ögonkirurgi.

Sedan lärde han sig om konstgjorda näthinnor, hjälpmedel avsedda att behandla patienter som har förlorat några av de ljuskänsliga cellerna i näthinnan till sjukdomar som åldersrelaterad makuladegeneration eller retinitis pigmentosa.

Men konstgjorda näthinnor som då var under utveckling hade ett antal nackdelar. För en sak, ingen av dem uppnådde en anständig upplösning. Just då, den bästa konstgjorda näthinnan motsvarade cirka 20/1200 syn.

Dessutom, de flesta enheter i början av 2000-talet behövde många ledningar. Vissa system implanterade en kamera direkt i ögat, vilket krävde komplicerade ledningar bara för att driva den. Andra enheter monterade kameran på glasögon och matade bilderna genom en kabel till en elektroduppsättning placerad på näthinnan. Alla alternativ som krävdes invasiva, komplexa operationer och långvariga underhållsproblem, inklusive hantering av problematiska kablar som korsade ögonväggen, ibland påverkar de återstående friska stavarna och kottarna.

Levererar ljus

Palanker trodde att han kunde göra det bättre genom att använda ett rent optiskt tillvägagångssätt. Som han föreställde sig det, patienter skulle bära speciella glasögon som skulle omvandla omgivande ljus till normalt osynliga infraröda bilder och projicera dessa bilder i ögat på ett sätt som liknar augmented-reality-glasögon. Fotovoltaiska celler – i huvudsak små solpaneler – implanterade under de skadade delarna av näthinnan skulle ta upp de infraröda bilderna och omvandla dem till elektriska signaler, ersätter funktionen hos skadade stavar och koner.

"Jag trodde att ögat är ett vackert optiskt system, där information och kraft kan levereras av ljus, och detta skulle eliminera behovet av kablar och göra operationen mycket mindre invasiv, sade Palanker. Dessutom, det skulle vara lättare att miniatyrisera fotovoltaiska sensorer, vilket förbättrar upplösningen. Palankers enhet ger också en extra fördel:eftersom de implanterade sensorerna bara skulle ersätta skadade stavar och koner, patienter kunde fortfarande se normalt med de delar av näthinnan som inte hade skadats.

År 2005, Palanker och kollegor hade publicerat en plan för hur deras enhet skulle fungera, och 2008 vann de ett Bio-X-fröstipendium för att börja bygga en enhet och testa denna idé i gnagare.

Nästa fas

Pixium Vision, företaget som licensierat den fotovoltaiska retinalprotesen, eller PRIMA, teknik 2013, tillverkade en enhet för människor och fick godkännande för kliniska tester i slutet av 2017. Kliniska prövningar startade förra månaden, och hittills har tre patienter implanterats med enheten. De operationerna gick bra, Palanker sa, och patienter rapporterar att de ser ljusa vita mönster i sina tidigare skadade områden, inom de upplösningsgränser som forskarna hade förväntat sig. Grundliga tester genomförs nu för att bedöma kvaliteten på denna synprotes, inklusive hur väl patienter kan urskilja olika former och bokstäver.

Forskarna står fortfarande inför viktiga utmaningar – viktigast av allt, ytterligare förbättra upplösningen. Just nu, pixlar i mänskliga implantat är 100 mikrometer stora, och tester visade att 50 mikrometer pixlar också fungerar bra, ger rumslig upplösning motsvarande cirka 20/200 vision. Så småningom, Palanker skulle vilja få det till 20/40 – vad staten kräver för ett körkort – och labbet förväntar sig att publicera en ny design för att uppnå den lösningen senare i år, han sa. Forskarna utvecklar också bättre sätt att bearbeta bilder, så att patienter lättare kan urskilja föremål.

"Vi tar itu med ett av de största otillfredsställda behoven i obotliga bländande förhållanden, " sa Palanker. "Det är väldigt spännande."