視覚補綴に向けた重要な進展：生体適合性電極が赤外光を神経インパルスに変換
TU Wienの研究チームは、視覚補綴に向けた重要な一歩として、生体適合性のある電極が赤外光を神経インパルスに変換できることを実証しました。この研究は、損傷した網膜を持つ人々が将来的に視覚を取り戻す可能性を示唆しています。
網膜の損傷と視覚インプラントの可能性
一部の人々では、網膜の光受容体が損傷している一方で、その下の神経構造は無傷である場合があります。このようなケースにおいて、将来的に視覚インプラントが役立つ可能性があります。生体適合性のある薄い光起電力フィルムが放射線を感知し、それを電気信号に変換し、これらの信号を用いて生きた神経組織を刺激するというものです。TU Wienでの実験室試験において、これが初めて達成されました。この研究はジャーナル「Advanced Functional Materials」に掲載されています。
眼の構造と従来の課題
私たちの眼は、入ってくる光が網膜のいくつかの神経層を通過した後、実際に光を検出する細胞である光受容体へと到達するという、直感に反する構造をしています。その後、信号は神経ネットワークを通って戻り、情報が処理されてから最終的に神経節細胞に到達し、脳に伝達されます。
TU Wienの生体医用電子工学研究所のギュンター・ゼック教授は、これまでの人工電極で損傷した光受容体を置き換える試みでは、神経節細胞が直接刺激されることが多かったと説明します。しかし、これは網膜の裏側で行われる信号処理が利用されないことを意味し、結果として歪んだ不満足な視覚印象を与えていました。神経ネットワークを刺激する試みもシリコンベースのフォトダイオードを用いて行われましたが、これらは硬く柔軟性がないため、生きた眼での使用は非常に非実用的でした。
自然な神経ネットワークの活用
TU Wienでは異なるアプローチが取られました。生体適合性のある有機光起電力センサーを網膜の裏側に配置し、神経節細胞を直接刺激するのではなく、自然な視覚プロセスで使われる神経ネットワークを刺激しました。これにより、神経節細胞が活性化され、自然な視覚プロセスから生じる信号により近い信号が生成されます。
この光センサーは可視光を知覚せず、赤外線範囲の波長に反応します。これらの波は網膜によってほとんどろ過されないため、眼を比較的妨げられずに通過してセンサーに到達します。
TU Wienでは、光受容体がほとんどないマウスの網膜組織を調査しました。しかし、神経節細胞とその下の神経ネットワーク層は無傷でした。この組織の裏にフォトセンサーを配置し、システム全体を赤外光で照射しました。その後、神経節細胞で生成された信号が測定されました。
「神経節細胞は、健康な眼の自然な挙動に非常に近い活動パターンを示しています」と、現在の論文の筆頭著者であるアンドレア・コルナ氏は述べています。「これは、神経節細胞を直接刺激するのではなく、データを正しい方法で処理し、神経節細胞に伝える自然な神経ネットワークを刺激しているからこそ可能です。」
視覚補綴に向けた重要な一歩
新しい有機D18:Y6光起電力層を用いることで、研究チームは初めて、超薄型で柔軟な有機材料を使用して網膜下領域で電気信号を確実に生成し、網膜の自然な神経ネットワークを活性化することに成功しました。同時に、この材料が生体組織との接触で良好な耐性を示すことも示され、医療応用にとって重要な前提条件を満たしています。
ギュンター・ゼック教授は、「これらの結果は、将来的に大幅に自然な視覚印象を可能にする、柔軟で生体適合性があり、ワイヤレスで操作される網膜インプラントの開発に新たな展望を開きます」と期待を寄せています。「次のステップは、電極のアーキテクチャをさらに最適化し、刺激をより正確に制御し、将来的に高解像度で小型化されたインプラントを実現するための技術をさらに発展させることです。」
元記事：Flexible organic electrodes convert infrared light into nerve signals in damaged retinas