시각 장애인이 다시 볼 수 있도록 도와주는 스탠포드의 작은 안구 칩

조정 가능한 줌 및 향상된 대비와 같은 디지털 기능의 도움으로 일부 참가자는 20/42 비전에 필적하는 시각적 선명도를 달성했습니다.

이번 연구 결과는 10월 20일자 학술지에 게재됐다. 뉴잉글랜드 의학저널.

기능적 시력 회복의 이정표

PRIMA라고 명명되고 Stanford Medicine에서 개발된 이 임플란트는 치료할 수 없는 시력 손실이 있는 개인에게 사용 가능한 시력을 회복시키는 최초의 인공 눈 장치입니다. 이 기술을 통해 환자는 모양 비전으로 알려진 비전 수준인 모양과 패턴을 인식할 수 있습니다.

“보철 장치를 사용하여 시력을 제공하려는 이전의 모든 시도는 실제로 시력을 형성하는 것이 아니라 기본적으로 감광성을 초래했습니다”라고 안과 교수이자 논문의 공동 저자인 Daniel Palanker 박사는 말했습니다. “우리는 형태 비전을 최초로 제공합니다.”

이번 연구는 피츠버그 의과대학 안과 교수인 José-Alain Sahel 박사와 수석 저자인 독일 본 대학의 Frank Holz 박사가 공동 주도했습니다.

PRIMA 시스템 작동 방식

이 시스템은 안경에 부착된 소형 카메라와 망막에 이식된 무선 칩이라는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 카메라는 시각적 정보를 캡처하고 이를 적외선을 통해 임플란트에 투사하여 전기 신호로 변환합니다. 이러한 신호는 일반적으로 빛을 감지하고 시각적 데이터를 뇌에 보내는 손상된 광수용체를 대체합니다.

PRIMA 프로젝트는 수많은 프로토타입, 동물 실험, 초기 인간 실험을 포함한 수십 년간의 과학적 노력을 나타냅니다.

Palanker는 20년 전 눈 질환을 치료하기 위해 안과 레이저를 사용하면서 이 아이디어를 처음 구상했습니다. “눈이 투명하고 빛으로 정보를 전달해야 한다는 사실을 활용해야 한다는 것을 깨달았습니다.”라고 그는 말했습니다.

“2005년에 우리가 상상했던 장치는 이제 환자들에게 매우 잘 작동합니다.”

손실된 광수용체 교체

최신 시험에 참여한 참가자들은 중심 시력이 점진적으로 파괴되는 지도형 위축으로 알려진 노화 관련 황반변성의 진행 단계를 갖고 있었습니다. 이 질환은 전 세계적으로 500만 명이 넘는 사람들에게 영향을 미치고 있으며 노인들 사이에서 회복 불가능한 실명의 주요 원인입니다.

황반 변성에서는 중심 망막의 빛에 민감한 광수용체 세포가 악화되어 주변 시야가 제한됩니다. 그러나 시각 정보를 처리하는 많은 망막 뉴런은 그대로 유지되며 PRIMA는 이러한 살아남은 구조를 활용합니다.

크기가 2mm x 2mm에 불과한 임플란트는 광수용체가 상실된 망막 부위에 배치됩니다. 가시광선에 반응하는 천연 광수용체와 달리 이 칩은 안경에서 방출되는 적외선을 감지합니다.

Palanker는 “우리는 임플란트 외부의 나머지 광수용체에 그것이 보이지 않는지 확인하기를 원하기 때문에 적외선으로 투사를 수행합니다”라고 말했습니다.

자연 시각과 인공 시각의 결합

이 디자인을 통해 환자는 자연적인 주변 시력과 새로운 보철 중심 시력을 동시에 사용할 수 있어 방향을 잡고 이동하는 능력이 향상됩니다.

Palanker는 “보철 시력과 주변 시력을 동시에 볼 수 있다는 사실은 시력을 최대한 통합하고 사용할 수 있기 때문에 중요합니다”라고 말했습니다.

임플란트는 빛에만 의존하여 전류를 생성하는 광전지이므로 무선으로 작동하며 망막 아래에 안전하게 배치할 수 있습니다. 이전 버전의 인공 눈 장치에는 외부 전원과 눈 외부로 확장되는 케이블이 필요했습니다.

다시 읽기

새로운 임상시험에는 연령 관련 황반변성으로 인해 지도형 위축이 있고 적어도 한쪽 눈의 시력이 20/320보다 나쁜 60세 이상의 환자 38명이 포함되었습니다.

한쪽 눈에 칩을 이식한 지 4~5주 후에 환자들은 안경을 사용하기 시작했습니다. 일부 환자는 즉시 패턴을 알아낼 수 있었지만 모든 환자의 시력은 수개월 간의 훈련을 통해 향상되었습니다.

Palanker는 “최고 성능에 도달하려면 수개월의 훈련이 필요할 수 있습니다. 이는 인공와우가 보철 청력을 마스터하는 데 필요한 것과 유사합니다”라고 말했습니다.

1년간의 실험을 마친 32명의 환자 중 27명은 읽을 수 있었고 26명은 시력 차트에서 최소 2개의 추가 선을 읽을 수 있는 능력으로 정의되는 시력의 임상적으로 의미 있는 개선을 보였습니다. 평균적으로 참가자의 시력은 5줄 향상되었습니다. 하나는 12줄로 개선되었습니다.

참가자들은 일상생활에서 책, 식품 라벨, 지하철 표지판을 읽는 데 보철물을 사용했습니다. 이 안경을 통해 대비와 밝기를 조정하고 최대 12배까지 확대할 수 있었습니다. 3분의 2는 기기에 대한 사용자 만족도가 중간에서 높음으로 보고되었습니다.

19명의 참가자는 고안압증(눈의 높은 압력), 말초 망막 열상, 망막하 출혈(망막 아래 혈액 수집) 등의 부작용을 경험했습니다. 생명을 위협하는 것은 없었으며 거의 ​​모든 것이 2개월 이내에 해결되었습니다.

미래 비전

현재 PRIMA 장치는 중간 음영 없이 흑백 비전만 제공하지만 Palanker는 곧 전체 범위의 회색조를 지원하는 소프트웨어를 개발하고 있습니다.

“환자들이 원하는 목록 중 1위는 독서이고, 2위는 바로 얼굴 인식입니다.”라고 그는 말했습니다. “그리고 얼굴 인식에는 회색조가 필요합니다.”

그는 또한 더 높은 해상도의 비전을 제공할 엔지니어링 칩을 담당하고 있습니다. 해상도는 칩의 픽셀 크기에 따라 제한됩니다. 현재 픽셀 너비는 100미크론이며 각 칩에는 378픽셀이 있습니다. 이미 쥐를 대상으로 테스트한 새 버전은 폭이 20미크론에 불과하며 각 칩에는 10,000픽셀의 픽셀이 있을 수 있습니다.

Palanker는 또한 광수용체 상실로 인한 다른 유형의 실명에 대해서도 장치를 테스트하려고 합니다.

“이것은 칩의 첫 번째 버전이며 해상도가 상대적으로 낮습니다”라고 그는 말했습니다. “더 작은 픽셀을 갖춘 차세대 칩은 더 나은 해상도를 가지며 더 매끄럽게 보이는 안경과 짝을 이룰 것입니다.”

20 마이크론 픽셀의 칩은 환자에게 20/80 시력을 제공할 수 있다고 Palanker는 말했습니다. “하지만 전자 줌을 사용하면 20/20에 가까워질 수 있습니다.”

독일 본대학교 연구진; 병원 Fondation A. de Rothschild, 프랑스; 무어필드 안과병원 및 유니버시티 칼리지 런던; 루트비히스하펜 대학 교육 병원; 로마 토르 베르가타 대학교; 뤼베크 대학교 슐레스비히-홀슈타인 의료 센터; L’Hôpital Universitaire de la Croix-Rousse 및 Université Claude Bernard Lyon 1; Azienda Ospedaliera San Giovanni Addolorata; Centre Monticelli Paradis 및 L’Université d’Aix-Marseille; Créteil 및 Henri Mondor 병원의 공동 병원; Knappschaft 병원 자르; 낭트대학교; 대학 안과병원 튀빙겐; 뮌스터 대학교 의료 센터; 보르도 대학 병원; Hôpital National des 15-20; 에라스무스 대학 의료 센터; 울름 대학교; 사이언스 코퍼레이션; 캘리포니아 대학교, 샌프란시스코; 워싱턴 대학교; 피츠버그 대학교 의과대학; 그리고 Sorbonne Université가 연구에 기여했습니다.

이번 연구는 사이언스 코퍼레이션(Science Corp.), 국립보건의료연구소(National Institute for Health and Care Research), 무어필드 안과병원 국립보건서비스재단 신탁(Moorfields Eye Hospital National Health Service Foundation Trust), 유니버시티 칼리지 런던 안과연구소(University College London Institute of Ophalmology)의 자금 지원을 받았습니다.