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Miracolo: ci vedo (forse)….

Scansione al microscopio elettronico (SEM) immagine di singoli nanofili e gruppi di nanofili. Ciascun filo può produrre corrente elettrica quando viene colpito dalla luce.

Nuovo nano-impianto potrebbe un giorno aiutare a ripristinare la vista.

Un team di ingegneri della Università di California  of California – San Diego e  La Jolla  Nanovision Biosciences Inc. hanno sviluppato un nanotecnologia elettronica wireless per un nuovo tipo di protesi retinica che porta la ricerca a fare un passo avanti verso il ripristino della capacità dei neuroni della retina di rispondere alla luce. I ricercatori hanno dimostrato questa risposta alla luce in una retina di ratto con un prototipo di dispositivo di interfacciamento  in vitro.
I bioingegneri hanno evidenziato nel dettaglio il loro lavoro in un recente numero del Journal of Neural Engineering . La tecnologia potrebbe aiutare decine di milioni di persone nel mondo che soffrono di malattie neurodegenerative che colpiscono la vista, tra cui la degenerazione maculare, la retinite pigmentosa e la perdita della vista a causa del diabete.
Nonostante gli enormi progressi nello sviluppo di protesi retiniche negli ultimi due decenni, le prestazioni dei dispositivi attualmente sul mercato per aiutare i ciechi a riacquistare la visione funzionale sono ancora molto ridotte e ben al di sotto della soglia di acutezza di 20/200 che definisce la cecità legale.
“Vogliamo creare una nuova classe di dispositivi con capacità drasticamente migliorate per aiutare le persone con disabilità visive”, ha detto Gabriel A. Silva, uno dei maggiori autori del lavoro e professore di bioingegneria e oftalmologia presso la UC di San Diego. Silva è anche uno dei fondatori di Nanovision.
La nuova protesi si basa su due tecnologie innovative. Una è costituita da schiere di nanocavi di silicio che rilevano contemporaneamente luce e stimolano di conseguenza elettricamente la retina. I nanofili danno una risoluzione  superiore alle protesi mai raggiunta da altri dispositivi e una più strett, fitta spaziatura dei fotorecettori nella retina umana. L’altra innovazione è un dispositivo wireless in grado di trasmettere energia e dati ai nanofili a tempo di record e con efficienza energetica.
Una delle principali differenze tra il prototipo dei ricercatori e le protesi retiniche esistenti è che il nuovo sistema non richiede un sensore di visione esterno dell’occhio per catturare una scena visiva e trasformarlo in segnali alternati a stimolare sequenzialmente i neuroni retinici. Invece, i nanofili di silicio imitano i coni e bastoncelli sensibili alla luce della retina per stimolare direttamente le cellule della stessa. I nanofili vengono raggruppati in una griglia di elettrodi, direttamente attivati dalla luce e alimentati da un singolo segnale elettrico senza fili. Questa traduzione diretta e locale della luce incide nella stimolazione elettrica creando una architettura scalabile molto più semplice per la protesi.

Neuroni corticali primari coltivati sulla superficie di una matrice di nanofili optoelettronici. Qui un neurone sta tirando i nanofili, indicando alla cella che sta agendo bene su questo materiale.

“Per ripristinare la visione funzionale, è fondamentale che l’interfaccia neurale corrisponda alla risoluzione e sensibilità della retina umana “, ha detto Gert Cauwenberghs, professore di bioingegneria presso la Scuola di Ingegneria Jacobs della UC San Diego e capo degli autori della carta.
Sistema di telemetria wireless
L’alimentazione viene fornita in modalità wireless, dall’esterno del corpo per l’impianto, attraverso un sistema di alimentazione a telemetria induttiva sviluppato da un team guidato da Cauwenberghs.
Il dispositivo è molto efficace perché riduce al minimo le perdite di energia dall’alimentazione e trasmissione dei dati senza fili e nel processo di stimolazione, il riciclo energia elettrostatica che circola all’interno del serbatoio induce la risonanza e capacitanza sugli elettrodi e il serbatoio d’energia. Fino al 90 percento dell’energia trasmessa viene effettivamente consegnato e utilizzato per la stimolazione, il che significa meno energia senza fili RF che emette radiazioni nella trasmissione, e meno riscaldamento del tessuto circostante dalla potenza dissipata.
Il sistema di telemetria è in grado di trasmettere potenza e dati su una singola coppia di bobine induttive, uno emettendo dall’esterno del corpo, e un altro sul lato ricevente nell’occhio. Il collegamento può inviare e ricevere un bit di dati per ogni due cicli del segnale RF 13.56 megahertz; altri sistemi a due bobine hanno bisogno di almeno 5 cicli per ogni bit trasmesso.

Neuroni corticali primari coltivati sulla superficie di una matrice di nanofili optoelettronici. Si noti la vasta crescita dei neuriti e la formazione della rete.

Il concetto di prova

Per concetto di prova, i ricercatori hanno inserito la matrice nanowire in modalità wireless alimentata sotto una retina di ratto transgenico con rodopsina P23H colpita da degenerazione retinica. La retina degenerata interfacciata in vitro con una matrice di microelettrodi per la registrazione extracellulare dei “picchi” elettrici da attività neurale.
I neuroni orizzontali e bipolari hanno sparato i picchi preferenzialmente quando la protesi è stata esposta ad una combinazione di luce ed erano in silenzio quando la  polarizzazione elettrica era assente, confermando la responsività attivazione-luce e controllo in tensione dell’array nanofili.
Il percorso verso la traduzione clinica
Freeman, Silva e Scott Thorogood, hanno co-fondato la Biosciences Nanovision, un partner in questo studio, per sviluppare ulteriormente e tradurre la tecnologia in uso clinico, con l’obiettivo di ripristinare la visione funzionale in pazienti con grave degenerazione della retina. I test su animali con il dispositivo sono in corso, con gli studi clinici a seguire.
“Abbiamo fatto rapidi progressi con lo sviluppo della prima protesi retinica in nanotecnologia al mondo a seguito della partnership sviluppata con il team di UC San Diego”, ha detto Thorogood, che è il CEO di Nanovision Biosciences.