Entwicklung einer implantierbaren epiretinalen Sehprothese mit integrierter Bildaufnahme (OPTOEPIRET)

• Antragsteller: Professor Dr. Anton Grabmaier; Professor Dr. Wilfried Mokwa; Professor Dr. Peter Walter
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278868304

In Deutschland leiden rund 10.000 Menschen an Retinitis Pigmentosa. Bei dieser erblichen Netzhauterkrankung erblinden die Patienten schleichend, eine Behandlung ist bislang nicht möglich. 7 % aller Erblindungen sind durch diese Erkrankung bedingt. Die Sehzellen (Stäbchen und Zapfen), die in der Netzhaut des Auges Licht in elektrische Impulse umwandeln, sterben allmählich ab. Da jedoch trotz der zerstörten lichtempfindlichen Zellen die Verbindung der Nervenzellen zum Gehirn noch teilweise intakt ist, können durch elektrische Stimulation retinaler Nervenzellen Aktionspotentiale ausgelöst werden, die über die Sehnervenfasern an den visueller Cortex weitergeleitet und dort zu einer optischen Wahrnehmung verarbeitet werden. Weltweit forschen Mediziner und Medizintechniker an retinalen Sehprothesen auf der Basis der elektrischen Stimulation. Ein Unterscheidungsmerkmal ist die Platzierung der Stimulationselektroden. In den am weitesten entwickelten Ansätzen werden die Stimulationselektroden entweder auf der Netzhaut (epiretinal) oder darunter (subretinal) platziert. Den bisher am Menschen eingesetzten Systemen ist gemeinsam, dass durch die kleine Fläche, die für die Stimulation nutzbar ist, nur ein sehr eingeschränktes Gesichtsfeld von ca. 9° erreicht wird. Eine Wiederherstellung von Gesichtsfeldfunktionen, also der peripheren Wahrnehmung wird mit solchen Systemen nicht erreicht. Die periphere Funktion der Netzhaut ist für ein selbständiges Manövrieren im Raum aber unabdingbar. Es ist auch diese Funktion, die bei Patienten mit Retinitis Pigmentosa zuerst ausfällt. Während bei den epiretinalen Ansätzen durchaus noch eine Vergrößerung des Durchmessers des Stimulationselektrodenarrays und damit eine Vergrößerung des Gesichtsfelds möglich ist, wird dies beim subretinalen Ansatz durch die Gefahr einer Netzhautablösung oder anderer operativer Komplikationen nur sehr eingeschränkt möglich sein. Im Rahmen des Projekts OPTOEPIRET soll der epiretinale Ansatz um eine integrierte, epiretinale Bildaufnahme erweitert werden. Hierzu soll ein flexibles Stimulationselektrodenarray mit einem Durchmesser von ca. 12 mm (entspricht einem Gesichtsfeld von ca. 40°) basierend auf einem dünnen flexiblen Polyimidsubstrat entwickelt werden. Auf die Rückseite des Arrays, die der Augenlinse zugewandt ist, werden formangepasste gedünnte und damit flexible CMOS-Kamerachips, welche eine der Elektrodenanzahl entsprechende Anzahl von Fotodioden besitzen, integriert. Mit den Fotodiodenarrays wird das von der Augenlinse auf die Retina geworfene Bild aufgenommen. Integrierte CMOS-Schaltkreise wandeln die optische Information in geeignete Stimulationspulse um, die an die Stimulationselektroden, die sich auf der Vorderseite einer Trägerfolie befinden, weitergeleitet werden. Mit diesem Ansatz wird die Bildaufnahme des epiretinalen Stimulationsansatzes, die bisher in einer Kamera außerhalb des Auges realisiert ist in das intraokulare Implantat auf die Netzhauthaut verlagert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Rainer Kokozinski