Progress towards bionic eye implants / I progressi verso gli impianti dell'occhio bionico.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

SEM image of silicon nanowires, which both detect light and stimulate retinal cells. Image: UC San Diego

Immagine SEM di nanofili di silicio, che rilevano la luce e stimolano le cellule della retina.


Silicon nanowires and wireless technology combine to produce potential high-resolution implant to restore sight
Bionic eye technology has long lagged behind the science fictional portrayal. Although some progress has been made towards restoring sight using electronics and implants, the level of sight they can produce is still well below the accepted threshold for blindness.

Engineers at the University of California – San Diego and a La Jolla-based start-up company called Nanovision Biosciences now report that they have developed new technology that directly stimulates retinal cells to potentially restore high resolution sight that has been lost owing to neurodegenerative diseases, such as macular degeneration, retinitis pigmentosa and loss of sight owing to diabetes: all major causes of blindness in humans, affecting millions of people around the world and currently with no effective treatment. Although the technology is some years away from human trials, animal models have given encouraging results, the team states.
“We want to create a new class of devices with drastically improved capabilities to help people with impaired vision,” said Gabriel Silva, professor in bioengineering and ophthalmology at UC San Diego.
Two technologies are key to the system. Firstly, an array of silicon nanowires detects light and electrically stimulates retinal cells. These are bundled into a grid of electrodes whose density approaches that of the light-sensitive cells in the retina. This grid is implanted behind the retina and links up to the other key technology – a wireless device that transmits both power and data with high efficiency, using an inductive charge-transfer system that works on the same basis as wireless charging of  electronic devices or electric vehicles. The wireless signal also times the stimulation of the retinal cells. The team claims that 90% of the energy transmitted by the system is delivered to the implant and used for stimulation.
“To restore functional vision, it is critical that the neural interface matches the resolution and sensitivity of the human retina,” said Gert Cauwenberghs, a professor of bioengineering at the Jacobs School of Engineering at UC San Diego and senior author of a paper detailing the research published in the Journal of Neural Engineering. Cauwenberghs led the team that developed the inductive charging and data transfer system, which was part funded by inductive charging specialist and major semiconductor company Qualcomm.
Unlike other bionic visual systems, the team’s device does not need a camera outside the body, although one of the coils for the inductive system is outside the body – the other is implanted in the eye. This advance results from the dual action of the silicon nanowires.
The team tested the technology by implanting a nanowire electrode grid behind the retina of rats whose genome had been altered so that they developed a form of retinal degeneration. The in vitro experiment, which stimulated both rods (light sensing cells) and cones (colour sensing cells) in the retinal tissue, showed that action potentials, which indicate cell activity, were produced when the augmented retina was exposed to a combination of light and electrical potential from the inductive system. Removing either of these also stopped the action potentials being produced.
“We have made rapid progress with the development of the world’s first nanoengineered retinal prosthesis as a result of the unique partnership we have developed with the team at UC San Diego,” said Scott Thorogood, CEO of Nanovision Biosciences, which he formed with Silva and William Freeman, director of the Jacobs Retina Centre at UC San Diego, to commercialise the technology.
Further animal trials of the device are now progressing, with clinical trials on humans planned to follow.

ITALIANO

Nanofili di silicio e la tecnologia senza fili si combinano per produrre un potenziale impianto ad alta risoluzione per ridare la vista
La tecnologia dell'occhio bionico è rimasto a lungo  indietro ed è stata confinata nella rappresentazione della scienza immaginaria. Sebbene siano stati compiuti alcuni progressi verso il ripristino di vista utilizzando l'elettronica e gli impianti, il livello della vista che possono produrre è ancora ben al di sotto della soglia accettato per la cecità.
Gli ingegneri della University of California - San Diego e una start-up di La Jolla basati chiamati Nanovision Biosciences ora relazione essi, hanno sviluppato una nuova tecnologia che stimola direttamente le cellule della retina per potenzialmente ristabilire un'alta risoluzione della vista che è stato persa a causa di malattie neurodegenerative, come la degenerazione maculare, la retinite pigmentosa e la perdita della vista a causa del diabete: tutti i principali cause di cecità negli esseri umani, che affligge milioni di persone in tutto il mondo e attualmente senza un trattamento efficace. Anche se la tecnologia è da alcuni anni ancora lontana dalla sperimentazione umana, modelli animali hanno dato risultati incoraggianti.
"Vogliamo creare una nuova classe di dispositivi con capacità drasticamente migliorate per aiutare le persone con disabilità visive", ha detto Gabriel Silva, professore di bioingegneria e oftalmologia presso la UC di San Diego.
Due tecnologie sono la chiave per il sistema. In primo luogo, una serie di nanofili di silicio rileva la luce e stimola elettricamente le cellule della retina. Essi sono integrati in una griglia di elettrodi la cui densità avvicina quella delle cellule sensibili alla luce nella retina. Questa griglia è impiantato dietro la retina e si collega alle altre tecnologie chiave - un dispositivo wireless che trasmette potenza e dati con alta efficienza, utilizzando un sistema di trasferimento di carica induttiva che funziona sulla stessa base di ricarica senza fili di dispositivi elettronici o elettrici dei veicoli. Il segnale wireless provoca anche a volte la stimolazione delle cellule della retina. Il gruppo afferma che il 90% dell'energia trasmessa dal sistema viene consegnato all'impianto ed utilizzato per la stimolazione.
"Per ripristinare la visione funzionale, è fondamentale che l'interfaccia neurale corrisponda alla risoluzione e alla sensibilità della retina umana", ha detto Gert Cauwenberghs, professore di bioingegneria presso la Scuola di Ingegneria Jacobs presso UC San Diego e autore di un articolo in dettaglio il ricerca pubblicata sul Journal of Neural Engineering. Cauwenberghs ha guidato il gruppo che ha sviluppato il sistema di ricarica e il trasferimento dei dati induttivo, che è stato in parte finanziato dallo specialista di ricarica induttiva e importante società di semiconduttori Qualcomm.
A differenza di altri sistemi visivi bionico, il dispositivo del gruppo non bisogno di una telecamera al di fuori del corpo, anche se una delle bobine per il sistema induttivo è fuori del corpo - l'altro è impiantato nell'occhio. Questo avanzamento risulta dalla doppia azione dei nanofili di silicio.
Il gruppo ha testato la tecnologia impiantando una griglia di elettrodi nanofilo dietro la retina di topi il cui genoma era stato modificato in modo che hanno sviluppato una forma di degenerazione retinica. L'esperimento in vitro, che ha stimolato due aste (celle sensibili alla  luce) e coni (cellule sensibili al colore ) nel tessuto retinico, hanno mostrato che i potenziali d'azione, che indicano l'attività cellulare, sono stati prodotti quando la retina aumentata è stata esposta ad una combinazione di luce e ad potenziale elettrico dal sistema induttivo. La rimozione di uno di questi ha anche fermato i potenziali d'azione in produzione.
"Abbiamo fatto rapidi progressi con lo sviluppo della prima protesi retinica nano ingegnerizzata al mondo come risultato della partnership unica che abbiamo sviluppato con il team della UC San Diego", ha dichiarato Scott Thorogood, CEO di Nanovision Biosciences, che ha formato con Silva e William Freeman, direttore del Centro Retina Jacobs a UC San Diego, per commercializzare la tecnologia.
Ulteriori studi su animali del dispositivo stanno ora progredendo, a seguire con in programma gli studi clinici sull'uomo.


Da:

https://www.theengineer.co.uk/progress-towards-bionic-eye-implants/?cmpid=tenews_3199353