High Tech im Auge

Zu High Tech im Auge liegt der Redaktion ein Artikel vor, den wir aufgrund seines informativ zusammenfassenden Inhalts gerne in voller Länge an Sie weiterreichen möchten:

"High Tech im Körper" - von Norbert Lossau

Prothesen für Netzhaut und Linse

Retina-Chips können Erblindeten zumindest grobe Sinneseindrücke von ihrer Umgebung ermöglichen. Deutsche Forscher entwickeln eine künstliche Augenlinse, die ihre Brennweite automatisch anpasst. Das Augenlinsen-Implantat wird voraussichtlich in drei Jahren anwendungsreif sein.

Subretinaler Chip

Der blinde Finne Miikka Terho wird in die Annalen der Medizin eingehen. Er ist der erste Mensch, der durch einen Chip vom Blinden zum Sehenden wurde. Ein unter seine Netzhaut implantierter Mikrochip schenkte ihm vorübergehend immerhin 2,1 Prozent Sehkraft. Und ab einem Wert von zwei Prozent gelten Menschen offiziell als nicht mehr blind - auch wenn sie natürlich erbärmlich schlecht sehen. Dank einer Prothese aus Silizium, die unter seine Netzhaut implantiert wurde, konnte Terho sechs Zentimeter große Buchstaben erkennen. Für einen zuvor Blinden ist das sensationell.

Den drei Millimeter großen und 50 Mikrometer dünnen Chip der Reutlinger Firma Retina Implant trug Terho bei einer Pilotstudie vom 19. November 2008 bis zum 19. Februar 2009. Dieser Versuch an der Universitätsaugenklinik Tübingen war aus ethischen Gründen nur für drei Monate genehmigt worden, weil es beispielsweise noch nicht genug Erfahrungen mit der Langzeitstabilität und biologischen Verträglichkeit des Implantats gab. Nach dem Entfernen des Chips wurde Terhos Welt wieder schwarz.

Professor Eberhart Zrenner, der in jahrelanger Forschungsarbeit das für diese Technologie entwickelte, ist allerdings optimistisch, dass der drei Millimeter große Chip mit seinen 1500 Fotosensoren (Pixel) vielen erblindeten Menschen das Augenlicht zurückgeben wird. Infrage kommen Patienten mit einer erblichen Netzhautdegeneration - zum Beispiel durch Retinitis pigmentosa. Davon sind allein in Deutschland rund 40.000 Menschen betroffen. Der Chip kann jedoch nur dann helfen, wenn ein Betroffener noch über einen gesunden Sehnerv verfügt und wenn er früher einmal sehen konnte. Blind Geborene, deren Hirn es nie gelernt hat, Sinneseindrücke der Augen zu verarbeiten, kann keine Augenprothese sehen machen.

Bionisches Auge

Während Zrenners Retina-Chip noch auf seine offizielle Zulassung wartet, haben die europäischen Behörden für ein bionisches Auge aus den USA mit dem Namen "Argus II" bereits grünes Licht gegeben. Dieses System wurde von der kalifornischen Firma Second Sight entwickelt und arbeitet nach einem anderen Prinzip. In einer Spezialbrille ist eine Videokamera untergebracht, deren Bilder zu einem Chip gefunkt werden, der sich im Auge auf der Netzhaut befindet - nicht unter der Netzhaut, wie beim Tübinger Chip. Der Argus-Chip stimuliert die Netzhaut mit sechs Mal zehn, also 60 Elektroden. Auch wenn 60 Pixel die Wirklichkeit grundsätzlich nicht so gut abbilden können wie 1500 Pixel, so reicht diese geringe Zahl von Bildpunkten bereits aus, um eine grobe Orientierung im Raum, das Wahrnehmen von Personen und Türen zu ermöglichen. Mithilfe von "Argus II" konnten Patienten bis zu acht verschiedene Farben unterscheiden und sehr große Buchstaben identifizieren. In Deutschland wird die Implantation des Argusauges an der Uniklinik Köln und dem Münchener Klinikum rechts der Isar durchgeführt.

Verglichen mit der Leistungsfähigkeit eines gesunden Auges und dessen knapp 130 Millionen Fotorezeptoren, werden alle technischen Ersatzsysteme auf absehbare Zeit lediglich rudimentäre Sinneseindrücke vermitteln können - was allerdings für Erblindete schon von sehr großem Nutzen sein kann. Doch die Entwicklung künstlicher Augen wird weitergehen, die Zahl der Pixel auf den Chips steigen, und zugleich werden die Kosten sinken. Derzeit verlangt das Unternehmen Second Sight für sein Argus-System stolze 100.000 Dollar.

Epiretinaler Chip

Auch in Deutschland wird der Ansatz verfolgt, einen Chip im Inneren des Auges auf die Netzhaut zu heften und ihn dann mit Funksignalen von einer Videobrille zu versorgen. Der inzwischen emeritierte Professor Rolf Eckmiller von der Universität Bonn hatte sich mit diesem Konzept jahrelang ein Wettrennen mit Zrenner geliefert. Eckmillers Know-how ist in die Firma Intelligent Medical Implants (kurz: IMI) eingeflossen. Gemeinsam mit einem Team um Professor Peter Walter an der Universitätsaugenklinik in Aachen verfolgt das Bonner Unternehmen den epiretinalen Ansatz. Auch hier gibt es bereits erste klinische Studien.

Bei diesem Retina-Implantat ist es erforderlich, dass die digitalen Bildsignale der Kamera von einem künstlichen neuronalen Netzwerk in eine für den Sehnerv verständliche Codierung umgewandelt werden. Diese wird dann von einer Antenne in der Brille zum Chip im Auge gefunkt. Bei der Tübinger Methode ist hingegen der Chip subretinal so implantiert, dass die neuronale Bildverarbeitung von lebenden Nervenzellen hinter der Netzhaut geleistet werden kann.

Welches dieser beiden Konzepte sich langfristig durchsetzen wird, ist derzeit noch nicht absehbar. Ein Problem des Tübinger Systems ist bislang die Stromversorgung des Chips über ein Kabel, das aus dem Kopf herausgeführt wird. Das Ziel ist hier eine leistungsfähige Batterie, die möglichst unauffällig unter die Haut implantiert wird. Bei "Argus II" ist die relativ geringe Zahl von Bildpunkten ein Nachteil. Doch nichts spricht dagegen, dass künftige Generationen von Retina-Chips über deutlich mehr Pixel verfügen.

Forscher in Melbourne haben einen Retina-Chip für das Videokamera-Prinzip mit 100 Pixel entwickelt, und bei der israelischen Firma Nano Retina in Herzliya Pituach wird mit einem 600-Pixel-Chip namens Bio-Retina experimentiert. Erste klinische Tests mit dieser Prothese soll es in zwei Jahren geben. Weltweit arbeiten rund 30 Forscherteams an der Entwicklung von diversen Retina-Implantaten.

Künstliche Linse

Rund um den Globus einmalig ist indes die Entwicklung einer künstlichen Augenlinse, wie sie von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) betrieben wird. Das Künstliche Akkomodationssystem (KueAkk) soll dem Auge eine verloren gegangene Adaptionsfähigkeit zwischen Fern- und Nahsehen wiedergeben. Es ist ein normaler Alterungsprozess, dass Augenlinsen mit der Zeit ihre Flexibilität verlieren und nicht mehr ausreichend vom umgebenden Muskel in ihrer Brechkraft verändert werden können. Es gibt bereits drei Möglichkeiten, diesen Betroffenen zu helfen. Zum einen ist die Implantation einer starren Linse mit zwei Brennweiten möglich. Dann kann sich das Gehirn zumindest grob zwischen Fern- und Nahsehen entscheiden. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, mit kurzen Laserlichtpulsen winzige Schnitte in die Linse zu machen, sodass diese wieder beweglich wird. Ein dritter Weg ist es, verhärtetes Gewebe aus dem Inneren der Linse zu entfernen und durch weichen Kunststoff zu ersetzen.

Vor sieben Jahren hatte KIT-Professor Georg Bretthauer die Idee, eine künstliche Linse zu entwickeln. Diese soll, vollgestopft mit Elektronik und Mikrotechnik, die volle Funktionalität einer gesunden Augenlinse ermöglichen. Die technische Herausforderung ist gewaltig, denn in der nur knapp zehn Millimeter langen und drei bis vier Millimeter breiten Linse müssen zahlreiche, miniaturisierte Techniksysteme untergebracht werden.

Zum einen wird ein mechanischer Aktor benötigt, der die Linse so drückt, dass sich die gewünschte Brennweite einstellt. Die Entwicklung dieser Komponente war noch das Einfachste. Schwieriger wurde es bei der Konstruktion eines Sensors, der ermitteln kann, wohin der betreffende Mensch schauen möchte - in ein Gesicht in zwei Meter Entfernung oder auf den Wald am Horizont? Dazu wird in die Linsen ein raffinierter Sensor integriert, der die Richtung bestimmt, in die das betreffende Auge blicken will. Aus den zwei Richtungspfeilen der beiden Augen ergibt sich nach geometrischen Berechnungen die Distanz zum Objekt, auf das die Augen scharf gestellt werden sollen.

Es wird also ein Minicomputer benötigt, der die Sensordaten auswerten und die Aktoren steuern kann. Nicht nur diese Elektronik muss in den winzigen Linsen untergebracht werden, sondern auch noch eine Funktechnik, mit der die Sensoren der beiden Augen, ihre Messdaten untereinander austauschen können.

Als sei dies alles nicht schon schwierig genug, muss überdies auch noch eine Stromversorgung in den Kunstlinsen untergebracht werden. Die Energiegewinnung aus Temperaturunterschieden im Auge, aus dem Puls, sonstigen Bewegungen und mit in der Linse integrierten Solarzellen reicht nicht aus, um das System ausreichend mit Strom zu versorgen, stellte Bretthauer fest. Es wird in jedem Fall ein Akku oder Kondensator als Energiespeicher benötigt, der induktiv von außen aufgeladen werden kann. Die gesamte Technik muss ringförmig im Außenbereich der Linse untergebracht werden, denn in der Mitte wird ja schließlich eine Öffnung benötigt, durch die das Licht hindurchtreten und von der Kunststofflinse gebrochen werden kann.

Seit 2004 hat Professor Bretthauer mit zehn bis zwölf Leuten an der Entwicklung der Kunstlinse gearbeitet. Die meisten Herausforderungen dieses ehrgeizigen Projektes wurden bereits gemeistert und zwölf Patente angemeldet. Im Wesentlichen geht es nun noch um die Integration einer Stromquelle. Bretthauer will alles daransetzen, dass sein KueAkk in drei Jahren anwendungsreif ist: „Ich gehe 2014 in Pension. Dann muss die Kunstlinse fertig sein.“

Quelle: WELT ONLINE

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Zuletzt geändert am 28.12.2013 12:33