Il tempo non è amico del tuo corpo. Gli anni porteranno via il colore dei tuoi capelli, attenueranno la rimbalzatura delle articolazioni, cancelleranno l'elasticità della tua pelle. Tra queste molte indignità dell'età, tuttavia, una delle peggiori è la potenziale perdita della vista.
La causa principale della perdita della vista legata all'età è la degenerazione maculare, una malattia che lentamente si allontana dalla visione centrale, lasciando un buco sfocato o scuro nel mezzo del campo visivo. Il National Institutes of Health stima che entro il 2020 quasi tre milioni di americani di età superiore ai 40 anni soffriranno di un certo stadio della malattia. Ma la perdita della vista non è limitata agli anziani. La retinite pigmentosa, una malattia geneticamente ereditata, colpisce anche circa 1 su 4.000 persone negli Stati Uniti, sia giovani che vecchi.
Le malattie colpiscono i fotorecettori, che sono le cellule a forma di bastoncino e di cono nella parte posteriore dell'occhio. Queste cellule convertono la luce in un segnale elettrico che viaggia verso il cervello attraverso il nervo ottico. La degenerazione maculare e la retinite pigmentosa abbattono questi fotorecettori. Nelle forme più avanzate della malattia, molti compiti diventano quasi impossibili senza assistenza: leggere messaggi, guardare la TV, guidare una macchina, persino identificare i volti.
Sebbene gli impatti siano gravi, non tutte le speranze sono perse. Il resto dei neuroni e delle cellule della retina che trasmettono i segnali elettrici sono spesso lasciati intatti. Ciò significa che se gli scienziati possono equipaggiare un dispositivo che può essenzialmente imitare la funzione delle aste e dei coni, il corpo può ancora elaborare i segnali risultanti.
Ricercatori e sviluppatori di tutto il mondo stanno tentando di fare proprio questo. Un team di Stanford sta usando una soluzione piccola ed elegante: minuscoli impianti a fotodiodo, una frazione della larghezza di un capello attraverso, che sono inseriti sotto la parte danneggiata della retina.
"Funziona come i pannelli solari sul tetto, convertendo la luce in corrente elettrica", afferma Daniel Palanker, professore di oftalmologia alla Stanford University, in un comunicato stampa sull'opera. "Ma invece della corrente che scorre nel tuo frigorifero, scorre nella tua retina."
PRIMA è costituita da impianti retinici, un paio di occhiali con una videocamera e un computer tascabile. (Daniel Palanker Lab) Soprannominato PRIMA (impianto fotovoltaico retinico), i pannelli minuti sono abbinati a una serie di occhiali con una videocamera incorporata al centro. La fotocamera scatta foto dell'ambiente circostante e le trasferisce in modalità wireless su un computer tascabile per l'elaborazione. Quindi gli occhiali trasmettono le immagini elaborate agli occhi sotto forma di impulsi di luce infrarossa vicina.
La minuscola serie di impianti di "pannello solare" al silicio - ciascuno di circa 40 e 55 micron nell'ultima iterazione di PRIMA - raccoglie la luce IR e la converte in un segnale elettrico, che viene inviato attraverso la rete naturale di neuroni del corpo e convertito in immagine nel cervello.
Per testare il dispositivo, il team ha impiantato i piccoli pannelli PRIMA nei ratti, quindi li ha esposti a lampi di luce, misurando la loro risposta con elettrodi impiantati sulla corteccia visiva, la parte del cervello che elabora le immagini. Usando gli impianti da 70 micron che avevano sviluppato all'epoca, i ricercatori hanno scoperto che i topi avevano una visione di circa 20/250, leggermente al di sopra della cecità legale negli Stati Uniti, che è una visione del 20/200. Ciò significa che una persona può vedere a 20 piedi ciò che una persona con una visione perfetta può vedere a 250 piedi, rendendo sfocato gran parte dell'ambiente circostante.
"Queste misurazioni con pixel da 70 micron hanno confermato le nostre speranze che l'acuità visiva protesica sia limitata dal pixel pitch [o dalla distanza dal centro di un pixel al centro del pixel successivo]. Ciò significa che possiamo migliorarlo riducendo i pixel, "Palanker scrive via email. Hanno già sviluppato pixel delle dimensioni di tre quarti. "Ora stiamo lavorando su pixel ancora più piccoli", scrive.
Naturalmente, PRIMA non è l'unica squadra che insegue questo obiettivo. Un dispositivo chiamato Argus II di Second Sight, una società con sede in California, è già arrivato sul mercato negli Stati Uniti Approvato nel febbraio 2013 dalla Food and Drug Administration per i pazienti con grave retinite pigmentosa, la configurazione di base è simile a PRIMA. Ma invece di un pannello solare, l'impianto è una griglia di elettrodi, che è collegata a una custodia elettronica di dimensioni di un pisello e antenne interne. Una telecamera per occhiali acquisisce un'immagine che viene elaborata da un piccolo computer e quindi trasmessa in modalità wireless all'impianto, che genera segnali elettrici per creare l'immagine.
Ma ci sono diversi svantaggi di questo sistema. I componenti elettronici dell'impianto sono ingombranti e le antenne possono subire interferenze da elettrodomestici o altri dispositivi che fanno uso di antenne, come i telefoni cellulari. Il dispositivo ha anche una risoluzione limitata, ripristinando la visione a circa 20 / 1.260 senza ulteriore elaborazione dell'immagine. A causa di questa risoluzione limitata, la FDA ha approvato il suo uso solo in pazienti quasi completamente ciechi.
"La FDA non vuole correre il rischio di danneggiare la visione in un occhio che ha già alcuni, perché la quantità di restauro visivo è minima", afferma William Freeman, direttore del Jacobs Retina Center dell'Università della California di San Diego . "Puoi ottenere un po ', ma non è molto."
Molte altre tecnologie sono in lavorazione. Una società tedesca Retinal Implant AG utilizza un chip digitale, simile a quello che si trova in una fotocamera. Ma i test preliminari per la tecnologia nell'uomo sono stati misti. Freeman fa parte di un'altra società, la Nanovision, che impiega impianti nanofili che sono appena più grandi di una lunghezza d'onda della luce. Sebbene funzionino in modo simile ai fotodiodi di PRIMA, Freeman afferma che hanno il potenziale per essere più sensibili alla luce e potrebbero aiutare i futuri pazienti a vedere su una scala di grigi, non solo in bianco e nero. La tecnologia è ancora in sperimentazione sugli animali per valutarne l'efficacia.
"[Per] tutte queste tecnologie, ci sono limiti intrinseci", afferma Grace L. Shen, direttrice del programma sulle malattie della retina presso il National Eye Institute. Sebbene non sia direttamente coinvolto nella ricerca sulle protesi, Shen è il responsabile del programma di una delle sovvenzioni a supporto del lavoro di Palanker.
PRIMA affronta alcuni dei limiti delle soluzioni basate su elettrodi come Second Sight. Sebbene le immagini che produce siano ancora in bianco e nero, PRIMA promette una risoluzione più elevata senza la necessità di cavi o di un'antenna. E poiché gli impianti sono modulari, possono essere piastrellati per adattarsi a ogni singolo paziente. "Puoi metterne tutti quanti ne servono per coprire un ampio campo visivo", afferma Palanker.
Prima è anche più facile da impiantare. Una sezione della retina viene staccata con l'iniezione di fluido. Quindi un ago cavo caricato con i pannelli solari, essenzialmente, viene utilizzato per posizionare i pannelli nell'occhio.
Ma come per tutti gli interventi chirurgici agli occhi, ci sono rischi, spiega Jacque Duncan, oculista dell'Università della California, San Francisco, che non è stato coinvolto nel lavoro. Per la chirurgia sub-retinica che PRIMA richiede, questi rischi comprendono distacco di retina, sanguinamento e cicatrici. C'è anche la possibilità che se il dispositivo non è posizionato correttamente, potrebbe danneggiare la vista residua.
Detto questo, la versione di Duncan sul nuovo dispositivo è positiva. "Penso che questo sia uno sviluppo entusiasmante", afferma. "L'approccio di PRIMA ha molte potenzialità per fornire un'acuità visiva che potrebbe essere paragonabile o addirittura migliore rispetto al dispositivo Second Sight ARGUS II attualmente approvato."
Come Anthony Andreotolla, un paziente con un impianto Argus II, ha detto alla CBS all'inizio di quest'anno, la sua visione è certamente limitata: "Posso dire la differenza tra un'auto o un autobus o un camion. Non posso dirti che cosa rende l'auto è." Ma la prospettiva di ulteriori progressi sta dando ai pazienti - tra cui Andreotolla, che soffre di retinite pigmentosa e ha perso ogni visione quando ha raggiunto i 30 anni - la speranza per il futuro.
PRIMA ha ancora molta strada da percorrere prima di essere pronta per il mercato. Il team ha collaborato con Pixium Vision of France e insieme stanno lavorando per la commercializzazione. Palanker e i suoi co-inventori detengono due brevetti relativi alla tecnologia. Il prossimo passo sono i processi umani, il primo dei quali è stato appena approvato dall'agenzia di regolamentazione francese. Le prove inizieranno in piccolo, solo cinque pazienti che saranno studiati nel corso di 36 mesi. "Vogliamo vedere quali sono le soglie e i problemi chirurgici", afferma Palanker.
Questi test serviranno come terreno di prova per il dispositivo, afferma Shen. "Fino a quando non lo hanno veramente testato sugli umani non potevamo essere sicuri di quali siano i benefici."
L'immagine a destra mostra una matrice larga 1 mm impiantata subretinalmente in un occhio di ratto. L'immagine SEM mostra un ingrandimento maggiore dell'array con pixel di 70um posizionati sull'epitelio del pigmento retinico in un occhio suino. L'inserto colorato a sinistra mostra un singolo pixel nella matrice esagonale. (Daniel Palanker Lab) In questo momento, spiega Shen, la chiarezza visiva impartita dai dispositivi non è ciò che considera "immagini visive significative". Ciò può essere ottenuto solo attraverso una migliore comprensione dei percorsi neurali. "Se hai solo un mucchio di fili, non si ottiene una radio", dice. "Devi avere il cablaggio corretto."
Lo stesso vale per la visione; non è un sistema plug-and-play. Mappando l'intero percorso neurale, solo allora i ricercatori possono sperare di creare immagini più nitide usando dispositivi protesici, forse anche immagini a colori.
Palanker è d'accordo. "L'uso corretto dei circuiti retinici rimanenti per generare un output retinico il più vicino possibile al naturale dovrebbe aiutare a migliorare la visione protesica", scrive in una e-mail.
Esistono anche malattie della vista in cui molte di queste soluzioni non funzionano, afferma Freeman. La perdita della vista da glaucoma è un esempio. "Le cellule retiniche interne sono morte, quindi qualunque cosa tu stimoli non ci sono connessioni con il cervello", dice.
Ma decine di ricercatori provenienti da tutti i campi sono sul caso, spingendo i confini di ciò che sappiamo è possibile: ingegneri, scienziati dei materiali, biologi e altri. Anche se potrebbe volerci un po ', probabilmente c'è ancora molto da fare. Proprio come con i nostri telefoni cellulari e fotocamere, afferma Shen, i sistemi sono diventati più veloci, più efficienti e più piccoli negli ultimi due decenni. "Spero che non abbiamo ancora raggiunto il nostro limite", aggiunge.
La chiave in questo momento, dice Freeman, è gestire le aspettative. Da un lato, i ricercatori stanno cercando di non dare alle persone false speranze. "D'altra parte, non vuoi dire alla gente che questa è una cosa senza speranza", dice. "Ci stiamo provando e penso che alla fine uno o più di questi approcci funzioneranno".
