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視力方面,在間距為150μm時,POLYRETINA恢復(fù)的理論視力約為20/600;這比目前的視網(wǎng)膜外假體(如Argus II)要好,但仍低于法定失明的門檻。然而,POLYRETINA技術(shù)是高度可擴展的。根據(jù)機械模擬(未顯示),間距可以減小到110μm,保持相同的電極尺寸(80μm),從而接近理論值20/400。進一步的改進包括縮小電極尺寸(即60微米),間距為80微米,從而接近20/300的理論視力,與硅光電視網(wǎng)膜下假體相似。不過,這些數(shù)值來自理論計算,因此必須通過適當(dāng)?shù)膭游矬w內(nèi)實驗和隨后的人體實驗來驗證。此外,像素尺寸的縮小會減少界面產(chǎn)生的PC,因此刺激RGC的效率應(yīng)再次進行驗證。
要用作視網(wǎng)膜假體,POLYRETINA必須在高于1Hz的刺激速率下運行。視網(wǎng)膜下假體Alpha IMS在1到20Hz的頻率范圍內(nèi)工作(因人而異),脈沖持續(xù)時間為1-4ms。Argus II的可用脈沖率在3-60Hz之間;然而,在這種情況下,據(jù)報道,脈搏率的影響在受試者之間是非常不同的。這表明,即使總體上脈搏率的變化沒有顯著影響,也可以為每個受試者定義最佳脈搏率。此外,最近確定的最佳脈沖持續(xù)時間為每相位25ms,可能會將Argus II的工作范圍限制在20Hz的理論極限。對于硅光伏視網(wǎng)膜下假體,刺激頻率主要受電極放電速率的限制,因此包含了一個分流電阻,以允許更快的刺激(20-40Hz)直到閃爍融合。POLYRETINA顯示出鈦基光伏電極的快速放電(可能是由于P3HT:PCBM層的高分流能力),并且我們證明了它在沒有額外分流電阻的情況下可以達到20Hz的刺激速率。這是在其他視網(wǎng)膜上(如Argus II)和視網(wǎng)膜下(如Alpha IMS)假體的操作范圍內(nèi)。
在47.35μW mm-2的條件下就能激活RGC,反應(yīng)飽和度超過1.08mW/mm-2。不過,用視網(wǎng)膜外植體進行體外記錄可能無法代表人體體內(nèi)視網(wǎng)膜刺激的復(fù)雜性,因為在人體體內(nèi),電極到細胞的距離可能更大,而且在植入數(shù)年后還會增加,從而提高感知閾值。半球形設(shè)計是減少假體區(qū)域內(nèi)電極-細胞距離的一種解決方案。此外,從體內(nèi)應(yīng)用的角度來看,在低輻照度下激活RGC的能力也很有前景。在未來的發(fā)展中,還可以制造鈦/氮化鈦電極,以提高刺激效率(因為它們具有更高的電荷注入能力)。
SL尖峰的存在是支持RGC直接激活的證據(jù)。相反,ML和LL尖峰是由于視網(wǎng)膜內(nèi)部回路的激活。在文獻中,據(jù)報道,SL尖峰與刺激非常接近(即0.5-4ms),刺激通常是一個尖銳的平方脈沖。POLYRETINA產(chǎn)生的光電壓/電流從0到峰值(大約10ms)的轉(zhuǎn)變更小。這可以解釋為什么平均延遲為4.12±0.07ms,我們將延遲在0-10ms的窗口視為SL峰值。已知短暫(數(shù)百μs)的陰極視網(wǎng)膜前刺激優(yōu)先激活RGCs,而超過1ms的脈沖同時激活RGCs和雙極細胞。最近的研究表明,使用短于8ms的脈沖會導(dǎo)致通道軸突的激活,從而導(dǎo)致條紋反應(yīng),而較長的脈沖會導(dǎo)致更聚焦的激活。通過鈣成像技術(shù),作者解釋了RGC從直接激活到間接激活的轉(zhuǎn)變。我們通過電生理記錄和藥理學(xué)實驗表明,POLYRETINA提供的陰極刺激也間接激活RGC。這代表了POLYRETINA在體內(nèi)翻譯以獲得焦點激活的一個有希望的結(jié)果。進一步的實驗旨在解剖POLYRETINA激活的電路,將有助于確定適當(dāng)?shù)拇碳?shù),以獲得更有針對性的刺激。
利用加速老化實驗,我們證明了POLYRETINA至少在2年內(nèi)保持其光電功能不變。我們將增加更多的實驗和額外的時間點來研究假體的整個生命周期。最后,POLYRETINA符合ISO 10993-5的體外細胞毒性要求和熱安全性要求(ISO 14708-1/EN 45501-1)。
POLYRETINA是可折疊的,可以通過一個小的鞏膜切口植入,一旦進入眼睛,它就會自動打開。雖然它可以在視網(wǎng)膜上和視網(wǎng)膜下兩種情況下工作,但它被設(shè)計為視網(wǎng)膜下假體,因為在視網(wǎng)膜下空間植入一個大的視網(wǎng)膜假體可能會導(dǎo)致對剩余視網(wǎng)膜組織的過度損傷。此外,在發(fā)生故障(例如,由于老化或脫離)的情況下,視網(wǎng)膜前放置可以更容易地更換。通過將PDMS-光伏界面粘接在曲率半徑為12mm的穹頂狀PDMS支架上,得到了半球形的PDMS-光伏界面。然而,穹頂形狀的PDMS支架(PDMS成型)在制造過程中的靈活性允許制造符合患者真實眼睛曲率/形狀的假體。這為根據(jù)個人需要優(yōu)化視網(wǎng)膜假體提供了可能性。最后,人工體的形狀和植入策略受到廣泛應(yīng)用的人工晶體的啟發(fā)。隨著進一步的研究,類似的“注射”方法也可以設(shè)想用于POLYRETINA,進一步簡化手術(shù)方法。未來人類使用的改進可能包括去除視神經(jīng)頭對應(yīng)的電極,并在基質(zhì)內(nèi)創(chuàng)造小孔,以允許玻璃體和視網(wǎng)膜之間的代謝交換。從功能的角度來看,下一步是大型動物模型(如豬模型)的體內(nèi)電生理驗證。
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