Genombrott banar väg för nästa generations synimplantat

En grupp forskare från Chalmers, Universitetet i Freiburg och Netherlands Institute for Neuroscience har utvecklat ett elektriskt implantat med elektroder lika små som nervceller. Implantatet kan dessutom hålla sig intakt i kroppen över tid – en unik kombination som banar väg för en lovande lösning för blinda.

Möjligheten att använda elektriska implantat för att återskapa synen hos blinda eller synskadade är ett ovanligt men inte helt nytt koncept. Genom att stimulera hjärnans syncentrum med elektriska impulser kan synintryck framkallas, trots att ögat har förlorat förmågan att kunna se. Elektroniska näthinneimplantat och implantat i hjärnan har utforskats sedan 90-talet, men än så länge finns ingen tillräckligt effektiv och hållbar lösning. De förhållandevis stora kiselbaserade implantaten som finns idag orsakar ärrvävnad i hjärnan och fräts sönder med tiden, vilket gör implantatens funktion kortlivad.

Men nu har en forskargrupp vid Chalmers, Universitetet i Freiburg och Netherlands Institute for Neuroscience tagit fram ett minimalt implantat i ett nytt, icke-korroderande material.

– Vi har lyckats göra elektroder små som nervceller, och som leder ström men inte fräts sönder över tid, säger Maria Asplund, professor i bioelektronik vid Chalmers och forskningsledare för den tekniska delen av projektet.

Stimulerar hjärnans syncentrum

Blindhet kan uppstå på många nivåer i synsystemet. Även när ögat har förlorat förmågan att kunna se, är hjärnans syncentrum ofta fortfarande intakt och väntar på signaler. Ett elektriskt synimplantat använder elektriska impulser för att stimulera de delar av hjärnan där information från ett friskt öga hade bearbetats och kategoriserats efter färg, form och rörelse och omvandlats till synintryck. Och ju fler elektroder ett implantat använder, desto tydligare blir synintrycket hos den blinde, som därmed delvis kan få uppleva en bild av sin omgivning.

– Tänk dig en digital informationsskylt som man kan se längs med motorvägen. För att kunna förstå budskapet behöver tillräckligt många pixlar lysa. Hos en blind person är alla ”pixlar” trasiga och minst tusen elektroder behövs för att kunna aktivera tillräckligt många pixlar för att skapa en bild som går att förstå, förklarar Maria Asplund.

Litet som en nervcell med betydligt längre livslängd

Forskarnas minimala elektroder mäter endast 15 x 15 mikrometer – mindre än en cell – och fästs i hjärnans syncentrum på en implantattråd smal som ett kluvet hårstrå. De nya elektroderna består av särskilda metalloxider tillsammans med en ledande polymer, ett plastlikande och flexibelt material som leder ström men samtidigt är väldigt stabilt över tid i kroppen. Kombinationen av polymer och särskilda metalloxider är unik i sitt slag och förväntas bana väg för effektiva hjälpmedel som håller under många år.

– Att få supersmå elektroder att klara sig såpass länge i kroppen har inte varit möjligt tidigare. Men här kommer den ledande polymeren in som en lösning. På sikt innebär det att elektriska synimplantat får en betydligt längre livslängd och därmed blir en mycket bättre och mer hållbar lösning för blinda människor, säger Maria Asplund. 

Mer om studien:

Metoden testades av forskarna vid Netherlands Institute for Neuroscience i Holland, där möss tränades på att svara på en elektrisk impuls som skickades till hjärnans syncentrum. Studien visade att mössen på bara några få sessioner kunde lära sig att reagera på elektrisk stimulans från elektroderna. Dessutom visade studien att strömtröskeln då mössen uppfattade stimulans var lägre än vid traditionella metallbaserade implantat. Forskargruppen kunde också visa att implantatets funktion förblev stabil över tid.

Forskningsstudien "Flexible Polymer Electrodes for Stable Prosthetic Visual Perception in Mice" har publicerats i tidskriften Advanced Healthcare Materials. Artikeln är skriven av Corinne Orlemann, Christian Boehler, Roxana N. Kooijmans, Bingshuo Li, Maria Asplund och Pieter R. Roelfsema. Författarna är aktiva vid Netherlands Institute for Neuroscience, Nederländerna, University of Freiburg, Tyskland, och Chalmers Tekniska Högskola.

För mer information, kontakta:

Maria Asplund, professor i bioelektronik vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers tekniska högskola:
maria.asplund@chalmers.se 
+46 31 772 41 14

Maria Asplund är tillgänglig för live- och förinspelade intervjuer. På Chalmers har vi poddstudior och broadcast-filmutrustning på plats och skulle kunna bistå en förfrågan om en tv-, radio- eller poddintervju.

Pieter R. Roelfsema, Department of Vision and Cognition, Netherlands Institute for Neuroscience, Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, Amsterdam, Nederländerna p.roelfsema@nin.knaw.nl

Bildkollage: Det minimala implantatet använder elektriska impulser för att stimulera hjärnans syncentrum, där information omvandlas till synintryck. Nedre vänstra hörnet: illustration från studien – elektroder, lika små som nervceller, placerade på en implantattråd smal som ett kluvet hårstrå. Implantatet är tillverkat av ett material som inte fräts sönder och tros bana väg för en permanent – och mer effektiv – lösning för blinda.

Bildkollage: Unsplash, iStock och Maria Asplund.

________________

Chalmers tekniska högskola i Göteborg forskar och utbildar inom teknik och naturvetenskap på hög internationell nivå. Universitetet har 3 100 anställda, 10 000 studenter och utbildar ingenjörer, arkitekter och sjöbefäl.

Med vetenskaplig excellens som grund utvecklar Chalmers kompetens och tekniska lösningar för en hållbar värld. Genom globalt engagemang och entreprenörsanda skapar vi innovationskraft, i nära samarbete med övriga samhället. 

Chalmers grundades 1829 och har än idag samma motto: Avancez – framåt.

---

Det är tillåtet att ladda ner, sprida och använda bifogade bilder och illustrationer, om inget annat anges, för publiceringar i samband med Chalmers pressmeddelanden så länge Chalmers och fotograf/illustratör står med som upphovsperson där möjlighet ges. Det är tillåtet att beskära och justera i materialet för att anpassa format för publikation men det är ej tillåtet att omarbeta originalet på ett sådant sätt att det ändrar den ursprungliga innebörden. Materialet är avsett att användas i redaktionellt syfte. Kommersiell användning, som del i marknadsföring av varor och tjänster, är inte tillåten.

Vi vill att Chalmers och våra fotografer och illustratörer namnges i samband med publicering där det är möjligt enligt följande modell:

• Foto: Chalmers tekniska högskola| Förnamn Efternamn
• Grafik/Illustration: Chalmers tekniska högskola| Förnamn Efternamn