Retina-Implantat

Retina-Implantate sind Sehprothesen für stark sehbehinderte oder blinde Menschen, deren Rezeptorzellen der Netzhaut (Retina) krankheitsbedingt ihre Funktion verloren haben, deren Sehnerv aber noch eine intakte Verbindung zum Gehirn bildet, wie dies vor allem bei fortgeschrittener Retinitis pigmentosa (RP) vorkommt.

Die Implantate sind in ihrer Funktion begrenzt sind und bieten keinen nennenswerten Vorteil im Alltag.[1]

Funktionsprinzip

Es gibt verschiedene Ansätze, die Funktion degenerierter Rezeptorzellen der Netzhaut künstlich zu ersetzen. Das Funktionsprinzip ist aber im Wesentlichen identisch: Bilder der Umgebung werden in elektrische Impulse umgewandelt und an die Nerven weitergegeben.

Es wurden zwei erfolgversprechende Systeme entwickelt, das subretinale Implantat und das epiretinale Implantat. Das subretinale Implantat wird im Auge unter der Netzhaut eingesetzt, während das epiretinale Implantat auf die Netzhaut implantiert wird. Studien zum epiretinalen Implantat belegen, dass Patienten in der Lage sind, Objekte zu erkennen und zu ergreifen.[2] Außerdem wurde gezeigt, dass Patienten Buchstaben mit einer Größe von bis zu 0,9 cm lesen können.[3]

Das Subretinale Implantat

Das subretinale Retinaimplantat besteht im Wesentlichen aus

Das Implantat liegt zwischen der Netzhaut und der Aderhaut und wird lediglich durch den Augeninnendruck fixiert.

Vereinfacht dargestellt wandelt das Photodioden-Array das auf die Netzhaut treffende Bild in eine 2-dimensionale Verteilung elektrischer Impulse um. Dabei liefert jedes Diodenelement einen Impuls, entsprechend der Intensität des einstrahlenden Lichts. Die Ortsauflösung des Bildes auf der Netzhaut hängt in erster Linie von der räumlichen Dichte des Dioden-Arrays ab.

Die elektrischen Signale des Arrays werden dann durch die im Mikrochip integrierte Schaltung verstärkt und durch die Stimulations-Elektroden an die intakten Nervenzellen der Netzhaut weitergeleitet. Die für den Verstärkungsprozess benötigte Energie wird von außen durch Infrarotstrahlung oder induktiv in das System eingekoppelt. Da die Photodioden und die Stimulations-Elektroden direkt nebeneinander auf dem Mikrochip angebracht sind, ist keine weitere Verarbeitung der Signale nötig.

Bhuckory et al. der Stanford Universität konnten 2025 die Migration von Bipolarzellen zu ihren Vorteil nutzen, um die Pixel größe auf 22 µm zu verringern. Ermöglicht wurde dies durch eine 3D-Bienenwaben-Form, in welche die Bipolarzellen migrieren und damit eine präzise elektrische Ansteuerung ermöglichen. Im weiteren zeigten sie auch, dass es möglich ist die Implantate auszutauschen und damit Patienten eine neuere Generation anzubieten.

Forschungen um Retina Implant/Zrenner

Begonnen wurde die Forschung an dem subretinalen Chip 1995 begonnen, gefördert unter anderem durch das BMBF. Nach Erfolgen in Tierversuchen hat das Forscherteam um Professor Eberhart Zrenner (Tübingen/Reutlingen) im Herbst 2007 begonnen, die subretinalen Chips bei sieben Patienten zu implantieren – zunächst nur für vier Wochen. Die Patienten konnten so Lichtmuster wahrnehmen.[4] Der Chip wurde weiterentwickelt, dass Formensehen möglich war. Miikka T. konnte in Tübingen so einen Apfel von einer Banane unterscheiden und seinen Namen aus Riesenbuchstaben lesen (und dabei einen Schreibfehler in ihm entdecken).[5] Am 18. Dezember 2009 erhielt Professor Eberhart Zrenner in München den Karl-Heinz-Beckurts-Preis für seine Verdienste der Forschung und Entwicklung dieser subretinalen Chips.

Im Juli 2013 hat die Retina Implant AG, Reutlingen das Konformitätsbewertungsverfahren für das Retina Implant Alpha IMS erfolgreich abgeschlossen und konnte das Implantat mit dem CE-Zeichen kennzeichnen.[6] Das Produkt wurde Kassenleistung, weitere 60 Patient*innen erhalten das Implantat.

Der Nutzen für viele war jedoch begrenzt. „Es gab Reihe von Patienten, die hatten einfach keinen Nutzen im Alltag.“ kommentiert der ehemalige Technologie-Chef Alfred Stett. Als Grund wird insbesondere die geringe Auflösung der Implantate angeführt und dass Smartphones viele Funktionen eines solchen Implantats ersetzen – ohne invasiven Eingriff. Die Firma wird im März 2019 aufgelöst. Eine Tochtergesellschaft, die ein Produkt zur Elektrostimulation der Netzhaut herstellt, bleibt bestehen.[4]

PRIMA Implantat

Das PRIMA Implantat (Pixium Vision SA, Paris, Frankreich) richtet sich an Patient*innen mit altersabhängigen Makuladegeneration und wurde 38 Patient*innen implantiert, 80 % hatten eine nennenswerte Verbesserung ihrer Sehleistung. Die Hälfte war von ernsthaften Nebenwirkungen betroffen, 81 % davon traten innerhalb der ersten zwei Monate auf.[7] Das Implantat besitzt 100 µm große Pixeln und einem Snell Visus von 20/438 (ca. 0,0457). Die Auflösung wird begrenzt durch die Pixelgröße, welche durch 3D-Pixel auf 28 µm reduziert werden konnte und in Studien erprobt wird.[6]

Das Epiretinale Implantat

Das Epiretinale Implantat besteht aus

  • Videokamera (üblicherweise in eine Brille integriert)
  • Mikrochip
  • Übertragungseinheit zur Übermittlung von prozessierten Kameradaten zum Implantat
  • Stimulations-Elektroden-Array
  • Energieversorgungseinheit

Das Implantat liegt auf der Netzhaut. Da der Glaskörper bei der Implantation routinemäßig entfernt wird, muss das Implantat an der Netzhaut fixiert werden. Die Operation für die epiretinalen Implantate ist einfach und sicherer als der subretinale Ansatz.

Beim epiretinalen Implantat wird das Bild durch eine externe Videokamera aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt. Diese werden dann drahtlos an ein implantiertes Elektroden-Array übertragen, welches die Nerven in der Netzhaut entsprechend stimuliert. Der größte Nachteil des epiretinalen Implantats ist, dass das Bild nicht im Auge aufgenommen wird, sondern durch eine externe Kamera. Dadurch kann nicht die natürliche Beweglichkeit des Auges genutzt werden um die Umgebung zu erfassen. Es muss die Kamera gedreht werden um seine Änderung der Blickrichtung zu erreichen. Darüber hinaus erfolgt beim epiretinalen Implantat die Signalverarbeitung extern vor der Übermittlung der Signale zum Elektroden-Array während beim subretinalen Implantat die „Signalverarbeitung“ vom Auge selbst durchgeführt wird. Dies führt zu einer erhöhten Komplexität des Systems.

Das erste epiretinale Implantat, das ARGUS-Gerät, besteht aus einem Platin-Array mit 16 Elektroden. Die klinische Phase-I-Studie mit ARGUS begann im Jahr 2002 mit der Implantation von sechs Patienten mit dem Gerät. Das ARGUS-II-Gerät enthält 60 Elektroden. Vorläufige Ergebnisse bei 30 Patienten wurden im Jahr 2012 veröffentlicht.[8]

Eine Analyse von 28 Patienten (Dagnelie et al. 2016) zeigte signifikante Besserung mit dem Argus II System. Es wurden drei realitätsnahe Szenarien geprüft: Sockensortieren, Orientierung auf dem Gehweg und Identifizierung von Bewegung. Bei allen Szenarien wurde eine signifikante Besserung bei eingeschaltetem System gezeigt.[9]

Forschung an Weiterentwicklungen

Am Tierversuch wird an einer Technologie geforscht, mit der eine höhere Auflösung als mit Retina-Implantaten erreicht werden könnte. Forscher der Arbeitsgruppe von Fabio Benfenati und Guglielmo Lanzani injizierten blinden Ratten lichtempfindliche Nanopartikel ins Auge und überprüften dann deren Sehstärke. Die Forscher gehen davon aus, dass sich die Nanopartikel in der Netzhaut verteilen, dort an Zell-Membranen aufgelagert werden und bei Lichteinfall die Nervenzellen anregen.[10] Nach der Behandlung war die Sehstärke der Ratten nicht von der Sehstärke sehender Ratten zu unterscheiden. Die Wirkung einer einmaligen Injektion hielt bis zu acht Monate an.[11][12] 2025 wurden die ersten Versuche am domestizierten Schwein getätigt. Hierbei wurde eine weiterentwicklung des Präparats verwendet, welches Graphen-Oxid als Unterstützung für stärkere elektrische Potentiale verwendet.[13]

Literatur

  • Michael Javaheri, David S. Hahn, Rohit R. Lakhanpal, James D. Weiland, Mark S. Humayun: Retinal prostheses for the blind. In: Annals of the Academy of Medicine, Singapore, Band 35, Nr. 3, 2006, ISSN 0304-4602, S. 137–144; Review, PMID 16625261, annals.edu.sg (Memento vom 15. Juni 2006 im Internet Archive; PDF; 168 kB)
  • J. D. Loudin, D. M. Simanovskii, K. Vijayraghavan, C. K. Sramek, A. F. Butterwick, P. Huie, G. Y. McLean, D. V. Palanker: Optoelectronic retinal prosthesis: system design and performance. In: Journal of Neural Engineering, Band 4, Nr. 1, 2007, S72–S84; ISSN 1741-2560; doi:10.1088/1741-2560/4/1/S09.
Commons: Retina-Implantat – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ Anneke Meyer: Retina-Implantate haben Erwartungen enttäuscht. In: Deutschlandfunk. 31. März 2020, abgerufen am 31. Dezember 2025.
  2. ↑ Aachal Kotecha, Joe Zhong, David Stewart, Lyndon da Cruz: The Argus II prosthesis facilitates reaching and grasping tasks: a case series. In: BMC Ophthalmology, 2014, 14, S. 71; doi:10.1186/1471-2415-14-71.
  3. ↑ Lyndon da Cruz, Brian F Coley, Jessy Dorn, Francesco Merlini, Eugene Filley, Punita Christopher, Fred K Chen, Varalakshmi Wuyyuru, Jose Sahel, Paulo Stanga, Mark Humayun, Robert J Greenberg, Gislin Dagnelie: The Argus II epiretinal prosthesis system allows letter and word reading and long-term function in patients with profound vision loss. In: British Journal of Ophthalmology, doi:10.1136/bjophthalmol-2012-301525.
  4. ↑ a b Susanne Imhoff-Hasse: Retinale Sehprothesen: Implantierte Mikrochips auf oder unter der Netzhaut. In: Deutsches Ärzteblatt. März 2008, abgerufen am 31. Dezember 2025.
  5. ↑ Norbert Lossau: Mikrochips können Blinde zu Sehenden machen. In: Welt Online. 5. Dezember 2011, abgerufen am 8. Dezember 2017.
  6. ↑ a b Mohajeet B. Bhuckory, Nicharee Monkongpitukkul, Andrew Shin, Anna Kochnev Goldstein, Nathan Jensen, Sarthak V. Shah, Davis Pham-Howard, Emma Butt, Roopa Dalal, Ludwig Galambos, Keith Mathieson, Theodore Kamins, Daniel Palanker: Enhancing prosthetic vision by upgrade of a subretinal photovoltaic implant in situ. In: Nature Communications. Band 16, Nr. 1, 22. März 2025, ISSN 2041-1723, S. 2820, doi:10.1038/s41467-025-58084-y (nature.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  7. ↑ Frank G. Holz, M.D., Yannick Le Mer, M.D., Mahiul M.K. Muqit, M.D., Ph.D., Lars-Olof Hattenbach, M.D., Ph.D., Andrea Cusumano, M.D., Ph.D., Salvatore Grisanti, M.D., Laurent Kodjikian, M.D., Ph.D., Marco Andrea Pileri, M.D., Frederic Matonti, M.D., Ph.D., Eric Souied, M.D., Ph.D., Boris V. Stanzel, M.D., Ph.D., Peter Szurman, M.D., Ph.D., Michel Weber, M.D., Ph.D., Karl Ulrich Bartz-Schmidt, M.D., Nicole Eter, M.D., Marie Noelle Delyfer, M.D., Ph.D., Jean François Girmens, M.D., Koen A. van Overdam, M.D., Ph.D., Armin Wolf, M.D., Ph.D., Ralf Hornig, Ph.D., Martina Corazzol, Ph.D., Frank Brodie, M.D., Lisa Olmos de Koo, M.D., Daniel Palanker, Ph.D., und José-Alain Sahel, M.D.: Subretinal Photovoltaic Implant to Restore Vision in Geographic Atrophy Due to AMD. In: The New England Journal of Medicin. 20. Oktober 2025, abgerufen am 31. Dezember 2025 (englisch).
  8. ↑ Mark S. Humayun, Jessy D. Dorn, Lyndon da Cruz, Gislin Dagnelie, José-Alain Sahel, Paulo E. Stanga, Artur V. Cideciyan, Jacque L. Duncan, Dean Eliott, Eugene Filley, Allen C. Ho, Arturo Santos, Avinoam B. Safran, Aries Arditi, Lucian V. Del Priore, Robert J. Greenberg: Interim results from the international trial of Second Sight’s visual prosthesis. In: Ophthalmology. Band 119, Nummer 4, April 2012, ISSN 1549-4713, S. 779–788, doi:10.1016/j.ophtha.2011.09.028, PMID 22244176, PMC 3319859 (freier Volltext).
  9. ↑ Gislin Dagnelie, Punita Christopher, Aries Arditi, Lyndon da Cruz, Jacque L Duncan, Allen C Ho, Lisa C Olmos de Koo, José-Alain Sahel, Paulo E Stanga, Gabriele Thumann, Yizhong Wang, Maura Arsiero, Jessy D Dorn, Robert J Greenberg, the Argus® II Study Group: Performance of real-world functional vision tasks by blind subjects improves after implantation with the Argus® II retinal prosthesis system. In: Clinical & Experimental Ophthalmology. Band 45, Nr. 2, 2017, ISSN 1442-9071, S. 152–159, doi:10.1111/ceo.12812, PMID 27495262, PMC 5293683 (freier Volltext) – (wiley.com [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
  10. ↑ Anneke Meyer: Neuroprothesen: Neue Lichtblicke für blinde Menschen. In: deutschlandfunk.de. Abgerufen am 27. Februar 2021.
  11. ↑ Scientists restore the vision of blind rats for 8 months thanks to artificial retina injected into the eye. Universidad de Granada, 6. Juli 2020, abgerufen am 27. Februar 2021 (englisch).
  12. ↑ J. F. Maya-Vetencourt, G. Manfredi, M. Mete, E. Colombo, M. Bramini, S. Di Marco, D. Shmal, G. Mantero, M. Dipalo, A. Rocchi, M. L. DiFrancesco, E. D. Papaleo, A. Russo, J. Barsotti, C. Eleftheriou, F. Di Maria, V. Cossu, F. Piazza, L. Emionite, F. Ticconi, C. Marini, G. Sambuceti, G. Pertile, G. Lanzani, F. Benfenati: Subretinally injected semiconducting polymer nanoparticles rescue vision in a rat model of retinal dystrophy. In: Nature Nanotechnology. Band 15, Nr. 8, August 2020, S. 698–708, doi:10.1038/s41565-020-0696-3, PMID 32601447.
  13. ↑ F. Galluzzi, S. Francia, S. Cupini, T. Gianiorio, G. Mantero, M. L. DiFrancesco, T. Ravasenga, null Jasnoor, M. Attanasio, J. F. Maya-Vetencourt, G. Pertile, D. Ventrella, A. Elmi, M. L. Bacci, S. Di Marco, F. Benfenati, E. Colombo: Graphene oxide increases the phototransduction efficiency of copolymeric nanoimplants and rescues visual functions in rat and pig models of Retinitis pigmentosa. In: Nature Communications. Band 16, Nr. 1, 30. September 2025, ISSN 2041-1723, S. 8721, doi:10.1038/s41467-025-63716-4, PMID 41027857, PMC 12484671 (freier Volltext) – (nih.gov [abgerufen am 8. Dezember 2025]).
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