Prothèse visuelle - Visual prosthesis

Une prothèse visuelle , souvent appelée œil bionique , est un dispositif visuel expérimental destiné à restaurer la vision fonctionnelle chez les personnes souffrant de cécité partielle ou totale . De nombreux dispositifs ont été développés, généralement sur le modèle de l' implant cochléaire ou des dispositifs auditifs bioniques, un type de prothèse neurale utilisé depuis le milieu des années 1980. L'idée d'utiliser un courant électrique (par exemple, stimuler électriquement la rétine ou le cortex visuel ) pour fournir la vue remonte au 18ème siècle, discutée par Benjamin Franklin , Tiberius Cavallo et Charles LeRoy.

Considérations biologiques

La capacité de redonner la vue à une personne aveugle via un œil bionique dépend des circonstances entourant la perte de la vue. Pour les prothèses rétiniennes, qui sont les prothèses visuelles en cours de développement les plus répandues (en raison de la facilité d'accès à la rétine entre autres considérations), les patients présentant une perte de vision due à la dégénérescence des photorécepteurs ( rétinite pigmentaire , choroïdérémie , atrophie géographique dégénérescence maculaire) sont les meilleurs candidat au traitement. Les candidats aux implants prothétiques visuels trouvent la procédure la plus efficace si le nerf optique a été développé avant l'apparition de la cécité. Les personnes nées avec la cécité peuvent ne pas avoir de nerf optique complètement développé , qui se développe généralement avant la naissance, bien que la neuroplasticité permette au nerf et à la vue de se développer après l'implantation.

Considérations technologiques

Les prothèses visuelles sont en cours de développement comme une aide potentiellement précieuse pour les personnes souffrant de dégradation visuelle . Seuls trois dispositifs prothétiques visuels ont reçu une autorisation de mise sur le marché dans l'UE. Argus II, co-développé au Eye Institute de l'Université de Californie du Sud (USC) et fabriqué par Second Sight Medical Products Inc., a été le premier dispositif à avoir reçu une autorisation de mise sur le marché (Marquage CE en Europe en 2011). La plupart des autres efforts restent expérimentaux ; l'Alpha IMS de Retina Implant AG a remporté la marque CE en juillet 2013 et représente une amélioration significative de la résolution. Il n'est cependant pas approuvé par la FDA aux États-Unis.

Projets en cours

Prothèse rétinienne Argus

Mark Humayun, qui a rejoint la faculté de la Keck School of Medicine du département d'ophtalmologie de l'USC en 2001; Eugene Dejuan, maintenant à l' Université de Californie à San Francisco ; l'ingénieur Howard D. Phillips ; l'ingénieur en bio-électronique Wentai Liu, actuellement à l' Université de Californie à Los Angeles ; et Robert Greenberg, maintenant de Second Sight, étaient les inventeurs originaux de la prothèse épi-rétinienne active et ont démontré la preuve de principe lors d'investigations aiguës sur des patients à l'Université Johns Hopkins au début des années 1990. À la fin des années 1990, la société Second Sight a été créée par Greenberg avec l'entrepreneur en dispositifs médicaux Alfred E. Mann . Leur implant de première génération avait 16 électrodes et a été implanté chez six sujets par Humayun à l' Université de Californie du Sud entre 2002 et 2004. Dans 2007, la société a commencé un essai de son implant de deuxième génération à 60 électrodes, baptisé Argus II, aux États-Unis et en Europe. Au total, 30 sujets ont participé aux études couvrant 10 sites dans quatre pays. Au printemps 2011, sur la base des résultats de l'étude clinique publiés en 2012, Argus II a été approuvé pour une utilisation commerciale en Europe, et Second Sight a lancé le produit plus tard la même année. L'Argus II a été approuvé par la FDA des États-Unis le 14 février 2013. Trois agences de financement du gouvernement américain (National Eye Institute, Department of Energy et National Science Foundation) ont soutenu les travaux de Second Sight, USC, UCSC, Caltech et d'autres laboratoires de recherche.

Prothèse visuelle à base de microsystèmes (MIVP)

Conçu par Claude Veraart à l' Université de Louvain , il s'agit d'une électrode à manchette en spirale entourant le nerf optique à l'arrière de l'œil. Il est relié à un stimulateur implanté dans une petite dépression du crâne. Le stimulateur reçoit des signaux d'une caméra portée à l'extérieur, qui sont traduits en signaux électriques qui stimulent directement le nerf optique.

Télescope miniature implantable

Bien qu'il ne s'agisse pas vraiment d'une prothèse active, un télescope miniature implantable est un type d'implant visuel qui a rencontré un certain succès dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l'âge en phase terminale . Ce type de dispositif est implanté dans l' œil est de chambre postérieure et agit en augmentant (par environ trois fois) la taille de l'image projetée sur la rétine afin de surmonter une situation centrale scotome ou tache aveugle.

Créé par VisionCare Ophthalmic Technologies en collaboration avec le programme de traitement CentraSight, le télescope a à peu près la taille d'un pois et est implanté derrière l' iris d'un œil. Les images sont projetées sur les zones saines de la rétine centrale, à l'extérieur de la macula dégénérée , et sont agrandies pour réduire l'effet de la tache aveugle sur la vision centrale. Les forces de grossissement 2,2x ou 2,7x permettent de voir ou de discerner l'objet de vision centrale d'intérêt tandis que l'autre œil est utilisé pour la vision périphérique car l'œil qui a l'implant aura une vision périphérique limitée comme effet secondaire. Contrairement à un télescope qui serait tenu à la main, l'implant se déplace avec l'œil, ce qui est le principal avantage. Les patients utilisant l'appareil peuvent cependant toujours avoir besoin de lunettes pour une vision optimale et pour un travail rapproché. Avant la chirurgie, les patients doivent d'abord essayer un télescope à main pour voir s'ils bénéficieraient d'un agrandissement de l'image. L'un des principaux inconvénients est qu'il ne peut pas être utilisé pour les patients ayant subi une chirurgie de la cataracte car la lentille intraoculaire gênerait l'insertion du télescope. Il nécessite également une grande incision dans la cornée à insérer.

Une revue systématique Cochrane cherchant à évaluer l'efficacité et la sécurité du télescope miniature implantable pour les patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l'âge tardive ou avancée n'a trouvé qu'une seule étude en cours évaluant le télescope intraoculaire OriLens, avec des résultats attendus en 2020.

Projet Tübingen MPDA Alpha IMS

Une équipe du sud de l'Allemagne dirigée par l'Hôpital ophtalmologique universitaire de Tübingen a été formée en 1995 par Eberhart Zrenner pour développer une prothèse sous-rétinienne. La puce est située derrière la rétine et utilise des réseaux de microphotodiodes (MPDA) qui collectent la lumière incidente et la transforment en courant électrique stimulant les cellules ganglionnaires rétiniennes . Comme les photorécepteurs naturels sont bien plus efficaces que les photodiodes , la lumière visible n'est pas assez puissante pour stimuler le MPDA. Par conséquent, une alimentation externe est utilisée pour améliorer le courant de stimulation. L'équipe allemande a commencé des expériences in vivo en 2000, lorsque les potentiels corticaux évoqués ont été mesurés à partir de microporcs et de lapins du Yucatán. À 14 mois après l'implantation, l'implant et la rétine qui l'entourent ont été examinés et il n'y a eu aucun changement notable de l'intégrité anatomique. Les implants ont réussi à produire des potentiels corticaux évoqués chez la moitié des animaux testés. Les seuils identifiés dans cette étude étaient similaires à ceux requis dans la stimulation épirétinienne. Des rapports ultérieurs de ce groupe concernent les résultats d'une étude clinique pilote sur 11 participants souffrant de rétinite pigmentaire . Certains patients aveugles ont pu lire des lettres, reconnaître des objets inconnus, localiser une assiette, une tasse et des couverts. Deux des patients se sont avérés faire des microsaccades similaires à celles des participants témoins en bonne santé, et les propriétés des mouvements oculaires dépendaient des stimuli que les patients voyaient, suggérant que les mouvements oculaires pourraient être des mesures utiles pour évaluer la vision restaurée par les implants. Étude multicentrique commencée en 2010, utilisant un dispositif entièrement implantable avec 1500 électrodes Alpha IMS (produit par Retina Implant AG, Reutlingen, Allemagne), avec 10 patients inclus ; les résultats préliminaires ont été présentés à l'ARVO 2011. Les premières implantations au Royaume-Uni ont eu lieu en mars 2012 et ont été dirigées par Robert MacLaren à l' Université d'Oxford et Tim Jackson au King's College Hospital de Londres. David Wong a également implanté le dispositif de Tübingen chez un patient à Hong Kong .

Le 19 mars 2019, Retina Implant AG a mis fin à ses activités commerciales en raison du climat hostile à l'innovation de la réglementation européenne rigide et des résultats insatisfaisants chez les patients.

Implant rétinien Harvard/MIT

Joseph Rizzo et John Wyatt du Massachusetts Eye and Ear Infirmary et du MIT ont commencé à étudier la faisabilité d'une prothèse rétinienne en 1989 et ont effectué un certain nombre d'essais de validation de principe de stimulation épirétinienne sur des volontaires aveugles entre 1998 et 2000. Ils ont depuis développé un stimulateur sous-rétinien, un réseau d'électrodes, qui est placé sous la rétine dans l'espace sous-rétinien et reçoit des signaux d'image émis par une caméra montée sur une paire de lunettes. La puce du stimulateur décode les informations d'image transmises par la caméra et stimule les cellules ganglionnaires rétiniennes en conséquence. Leur prothèse de deuxième génération collecte des données et les envoie à l'implant via des champs de radiofréquences provenant de bobines émettrices montées sur les lunettes. Une bobine réceptrice secondaire est suturée autour de l'iris.

Rétine artificielle en silicium (ASR)

Les frères Alan Chow et Vincent Chow ont développé une micropuce contenant 3 500 photodiodes, qui détectent la lumière et la convertissent en impulsions électriques, qui stimulent les cellules ganglionnaires rétiniennes saines . L'ASR ne nécessite aucun appareil porté à l'extérieur.

La société Optobionics Corp. a cessé ses activités, mais Chow a acquis le nom d'Optobionics, les implants ASR et prévoit de réorganiser une nouvelle société sous le même nom. La micropuce ASR est une puce en silicium de 2 mm de diamètre (même concept que les puces informatiques) contenant environ 5 000 cellules solaires microscopiques appelées "microphotodiodes" qui ont chacune leur propre électrode de stimulation.

Prothèse rétinienne photovoltaïque (PRIMA)

Daniel Palanker et son groupe de l'Université de Stanford ont développé une prothèse rétinienne photovoltaïque qui comprend un réseau de photodiodes sous-rétiniennes et un système de projection d'images infrarouges monté sur des lunettes vidéo. Les images capturées par une caméra vidéo sont traitées dans un ordinateur de poche et affichées sur des lunettes vidéo à l'aide d'une lumière pulsée dans le proche infrarouge (IR, 880-915 nm). Ces images sont projetées sur la rétine via l'optique naturelle de l'œil, et les photodiodes de l'implant sous-rétinien convertissent la lumière en courant électrique biphasique pulsé dans chaque pixel. Le courant électrique circulant à travers le tissu entre l'électrode active et l'électrode de retour dans chaque pixel stimule les neurones rétiniens internes à proximité, principalement les cellules bipolaires, qui transmettent des réponses excitatrices aux cellules ganglionnaires rétiniennes. Cette technologie est commercialisée par Pixium Vision ( PRIMA ) et est en cours d'évaluation dans le cadre d'un essai clinique (2018). Suite à cette preuve de concept, le groupe Palanker se concentre maintenant sur le développement de pixels inférieurs à 50 μm à l'aide d'électrodes 3D et sur l'utilisation de l'effet de la migration rétinienne dans les vides de l'implant sous-rétinien.

Technologies de vision bionique (BVT)

Bionic Vision Technologies (BVT) est une société qui a repris les droits de recherche et de commercialisation de Bionic Vision Australia (BVA). BVA était un consortium de certaines des principales universités et instituts de recherche d'Australie, et financé par l'Australian Research Council à partir de 2010, il a cessé ses activités le 31 décembre 2016. Les membres du consortium se composaient de Bionics Institute , UNSW Sydney , Data 61 CSRIO , Center pour Eye Research Australia (CERA) et l'Université de Melbourne . Il y avait aussi beaucoup plus de partenaires. Le gouvernement fédéral australien a accordé une subvention ARC de 42 millions de dollars à Bionic Vision Australia pour développer la technologie de vision bionique.

Alors que le consortium BVA était encore ensemble, l'équipe était dirigée par le professeur Anthony Burkitt, et ils développaient deux prothèses rétiniennes. L'un connu sous le nom de dispositif Wide-View, qui combinait de nouvelles technologies avec des matériaux qui avaient été utilisés avec succès dans d'autres implants cliniques. Cette approche incorporait une micropuce avec 98 électrodes de stimulation et visait à offrir une mobilité accrue aux patients pour les aider à se déplacer en toute sécurité dans leur environnement. Cet implant serait placé dans l'espace suprachoroïdien. Les chercheurs s'attendaient à ce que les premiers tests sur les patients commencent avec cet appareil en 2013, on ne sait actuellement pas si des essais complets ont été menés, mais au moins une femme nommée Dianne Ashworth a été implantée avec l'appareil et a pu lire des lettres et des chiffres en l'utilisant., elle a ensuite écrit un livre intitulé "J'espionne avec mon œil bionique", sur sa vie, sa perte de vision et le fait d'être la première personne à être implantée avec le dispositif BVA, Bionic Eye.

BVA développait également en parallèle le dispositif High-Acuity, qui incorporait un certain nombre de nouvelles technologies pour réunir une micropuce et un implant avec 1024 électrodes. L'appareil visait à fournir une vision centrale fonctionnelle pour aider à des tâches telles que la reconnaissance faciale et la lecture de gros caractères. Cet implant de haute acuité serait inséré par voie épirétinienne. Des tests sur les patients étaient prévus pour ce dispositif en 2014, une fois les tests précliniques terminés, on ne sait pas si ces essais ont déjà eu lieu.

Les patients atteints de rétinite pigmentaire devaient être les premiers à participer aux études, suivis de la dégénérescence maculaire liée à l'âge. Chaque prototype consistait en une caméra, attachée à une paire de lunettes qui envoyait le signal à la micropuce implantée, où il était converti en impulsions électriques pour stimuler les neurones sains restants dans la rétine. Cette information a ensuite été transmise au nerf optique et aux centres de traitement de la vision du cerveau.

Le 2 janvier 2019, BVT a publié les résultats positifs d'une série d'essais sur quatre Australiens utilisant une nouvelle version de l'appareil. Les anciennes versions de l'appareil n'étaient conçues que pour être utilisées temporairement, mais la nouvelle conception permettait d'utiliser la technologie en permanence et, pour la première fois, en dehors du laboratoire, même de la ramener à la maison. D'autres implants doivent être administrés tout au long de 2019.

Selon des fiches d'information datées de mars 2019, sur le site Internet de BVT, ils s'attendent à ce que l'appareil obtienne une autorisation de mise sur le marché dans 3 à 5 ans.

Oeil de Dobelle

Similaire en fonction à l'appareil Harvard/MIT, sauf que la puce du stimulateur se trouve dans le cortex visuel primaire , plutôt que sur la rétine. De nombreux sujets ont été implantés avec un taux de réussite élevé et des effets négatifs limités. Toujours en phase de développement, à la mort de Dobelle, la vente de l'œil pour le profit a été rejetée en faveur d'un don à une équipe de recherche financée par des fonds publics.

Prothèse visuelle intracorticale

Le laboratoire de prothèses neurales de l'Illinois Institute of Technology (IIT), à Chicago, développe une prothèse visuelle utilisant des réseaux d'électrodes intracorticales. Bien que similaire en principe au système Dobelle, l'utilisation d'électrodes intracorticales permet une résolution spatiale considérablement accrue dans les signaux de stimulation (plus d'électrodes par unité de surface). De plus, un système de télémétrie sans fil est en cours de développement pour éliminer le besoin de fils transcrâniens. Des réseaux d'électrodes recouvertes d'un film d'oxyde d'iridium activé (AIROF) seront implantés dans le cortex visuel, situé sur le lobe occipital du cerveau. Le matériel externe capturera les images, les traitera et générera des instructions qui seront ensuite transmises aux circuits implantés via une liaison de télémétrie. Les circuits décoderont les instructions et stimuleront les électrodes, stimulant à leur tour le cortex visuel. Le groupe développe un système externe portable de capture et de traitement d'images pour accompagner les circuits implantés. Des études sur des animaux et des études psychophysiques sur des humains sont menées pour tester la faisabilité d'un implant volontaire humain.

Stephen Macknik et Susana Martinez-Conde du SUNY Downstate Medical Center développent également une prothèse visuelle intracorticale, appelée OBServe. Le système prévu utilisera une matrice de LED, une caméra vidéo, l'optogénétique, la transfection de virus adéno-associés et le suivi oculaire. Des composants sont actuellement développés et testés sur des animaux.

Voir également

Les références

Liens externes