視覚補綴装置

2001年に南カリフォルニア大学ケック医学部眼科学科の教員に加わったマーク・フマユン^{[ 8 ]} 、現在カリフォルニア大学サンフランシスコ校に所属するユージン・デジュアン、エンジニアのハワード・D・フィリップス、現在カリフォルニア大学ロサンゼルス校に所属するバイオエレクトロニクス・エンジニアのウェンタイ・リウ、そして現在セカンドサイトに所属するロバート・グリーンバーグは、能動型網膜上人工装具^{[ 9 ]}の発明者であり、 1990年代初頭にジョンズ・ホプキンス大学で急性期の患者を対象とした研究で原理実証を行った。 1990年代後半、グリーンバーグは医療機器起業家のアルフレッド・E・マンとともにセカンドサイト社を設立した^{[ 10 ]}。^{[ 11 ] : 35}同社の第一世代インプラントは16個の電極を備え、2002年から2004年にかけて南カリフォルニア大学のフマユンによって6人の被験者に埋め込まれた^{[ 11 ] : 35 [ 12 ]} 2007年、同社は米国とヨーロッパで、第二世代の60個の電極を備えたインプラント「Argus II」の治験を開始した^{[ 13 ] [ 14 ] 4か国の10か所で行われた研究には、合計30人の被験者が参加した。2012年に発表された臨床試験の結果に基づき}、2011年春にArgus ^{IIはヨーロッパで商業利用が承認され、セカンド}サイト社はその年の後半に製品を発売した。 Argus IIは2013年2月14日に米国FDAの承認を受けた。米国政府の3つの資金提供機関（国立眼研究所、エネルギー省、国立科学財団）がSecond Sight、USC、UCSC、Caltech、その他の研究室での研究を支援してきた。^{[ 16 ]}

2002年にルーヴァン大学のクロード・ヴェラールによって設計されたこの装置は、眼球後部の視神経を囲む螺旋状のカフ電極です。これは頭蓋骨の小さな窪みに埋め込まれた刺激装置に接続されています。刺激装置は外部に装着されたカメラからの信号を受信し、それを電気信号に変換して視神経を直接刺激します。^{[ 17 ]}

厳密には能動的な人工装具ではないものの、埋め込み型小型望遠鏡は、末期加齢黄斑変性症の治療において一定の成功を収めている視覚インプラントの一種である。^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}このタイプのデバイスは眼球後房に埋め込まれ、網膜に投影される画像のサイズを（約3倍に）拡大することで、中心に位置する暗点または盲点を克服する。^{[ 19 ] [ 20 ]}

VisionCare Ophthalmic Technologies社がCentraSight治療プログラムと共同で2011年に開発したこの望遠鏡は、エンドウ豆ほどの大きさで、片眼の虹彩の後ろに埋め込まれます。画像は、変性した黄斑部以外の網膜中央部の健康な領域に投影され、盲点が中心視力に与える影響を軽減するために拡大されます。2.2倍または2.7倍の倍率により、中心視力の対象となる物体を見たり識別したりすることが可能になります。一方、インプラントを埋め込んだ眼は副作用として周辺視力が制限されるため、もう一方の眼は周辺視に使用されます。手持ち式の望遠鏡とは異なり、インプラントは眼球の動きに合わせて動くのが最大の利点です。ただし、この装置を使用する患者でも、最適な視力と近距離作業のために眼鏡が必要になる場合があります。手術前に、患者はまず手持ち式の望遠鏡を試用し、画像拡大が自分にとって有益かどうかを確認する必要があります。主な欠点の1つは、白内障手術を受けた患者には使用できないことです。眼内レンズが望遠鏡の挿入を妨げるためです。また、挿入するには角膜に大きな切開が必要となる。^{[ 21 ]}

進行期または重度の加齢黄斑変性症患者に対する埋め込み型小型望遠鏡の有効性と安全性を評価することを目的としたコクラン系統的レビューでは、OriLens眼内望遠鏡を評価する進行中の研究は1件のみで、結果は2020年に発表される予定であることが判明した。^{[ 22 ]}

南ドイツのテュービンゲン大学眼科病院を中心とするチームは、1995年にエーベルハルト・ツレンナーによって網膜下人工装具の開発のために結成された。このチップは網膜の後ろに配置され、入射光を収集して網膜神経節細胞を刺激する電流に変換するマイクロフォトダイオードアレイ（MPDA）を利用する。天然の光受容体はフォトダイオードよりもはるかに効率が高いため、可視光ではMPDAを刺激するには不十分である。そのため、刺激電流を増強するために外部電源が使用される。ドイツのチームは2000年に生体内実験を開始し、ユカタンマイクロブタとウサギから誘発皮質電位を測定した。移植後14か月で、インプラントとその周囲の網膜を検査したところ、解剖学的完全性に目立った変化は見られなかった。インプラントは、試験した動物の半数で誘発皮質電位を生成することに成功した。この研究で特定された閾値は、網膜上刺激に必要な閾値と類似していた。このグループからの後の報告は、網膜色素変性症の参加者11名を対象とした臨床パイロット研究の結果に関するものです。盲目の患者の中には、文字を読んだり、未知の物体を認識したり、皿、カップ、カトラリーの位置を特定できた人もいました。^{[ 23 ]}患者のうち2名は、健康な対照参加者と同様の微小サッケードを起こし、眼球運動の特性は患者が見ている刺激に依存していたため、眼球運動はインプラントによって回復した視力を評価するのに有用な指標となる可能性があることが示唆されました。^{[ 24 ] [ 25 ]} 2010年に開始された多施設共同研究では、1500個の電極を備えた完全埋め込み型デバイスAlpha IMS（ドイツ、ロイトリンゲンのRetina Implant AG社製）を使用し、10名の患者が参加しました。予備的な結果はARVO 2011で発表されました。英国での最初のインプラント手術は2012年3月に行われ、オックスフォード大学のRobert MacLaren氏とロンドンのキングス・カレッジ病院のTim Jackson氏が主導しました。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}デビッド・ウォンは香港の患者にもテュービンゲン製のデバイスを移植した。^{[ 28 ]}

2019年3月19日、Retina Implant AGは、欧州の厳格な規制システムの革新に敵対的な環境と患者に対する不十分な結果を理由に事業活動を停止した。^{[ 29 ] [ 30 ]}

マサチューセッツ眼科耳鼻咽喉科病院とMITのジョセフ・リッツォとジョン・ワイアットは、1989年に網膜プロテーゼの実現可能性の研究を開始し、1998年から2000年にかけて盲目のボランティアを対象に網膜上刺激の概念実証試験を数多く実施した。その後、網膜下刺激装置、すなわち網膜下腔に配置される電極アレイを開発し、眼鏡に取り付けられたカメラから送られてくる画像信号を受信するようになった。刺激チップはカメラから送られてくる画像情報を解読し、それに応じて網膜神経節細胞を刺激する。彼らの第2世代プロテーゼはデータを収集し、眼鏡に取り付けられた送信コイルからの無線周波数フィールドを介してインプラントに送信する。二次受信コイルは虹彩の周りに縫合される。^{[ 31 ]}

アラン・チョウとヴィンセント・チョウの兄弟は2002年に、光を検出して電気信号に変換し、健康な網膜神経節細胞を刺激する3500個のフォトダイオードを含むマイクロチップを開発した。ASRは外部装着デバイスを必要としない。^{[ 17 ]}

元のOptobionics Corp.は事業を停止したが、ChowはOptobionicsの名称とASRインプラントを取得し、同じ名前で新しい会社を再編成する予定である。^{[ 32 ]} ASRマイクロチップは直径2mmのシリコンチップ（コンピュータチップと同じ概念）で、それぞれに刺激電極を備えた「マイクロフォトダイオード」と呼ばれる約5,000個の微細な太陽電池が含まれている。^{[ 32 ]}

スタンフォード大学のダニエル・パランカーとそのグループは、2012年に光起電力網膜プロテーゼを開発しました^{[ 33 ]}。これは、網膜下フォトダイオードアレイとビデオゴーグルに取り付けられた赤外線画像投影システムを備えています。ビデオカメラで撮影された画像はポケットPCで処理され、パルス近赤外線（IR、880～915  nm）光を使用してビデオゴーグルに表示されます。これらの画像は、自然な眼の光学系を介して網膜に投影され、網膜下インプラント内のフォトダイオードが光を各ピクセルのパルス二相性電流に変換します^{[ 34 ]} 。各ピクセルのアクティブ電極とリターン電極の間の組織を流れる電流は、近くの網膜内ニューロン、主に双極細胞を刺激し、興奮応答を網膜神経節細胞に伝達します。この技術はPixium Vision社によって商品化されており（PRIMAアーカイブ、2018年10月23日、Wayback Machine）、臨床試験で評価されています（2018年）。この概念実証に続き、Palankerグループは現在、3D電極を用いて50μm未満のピクセルを開発し、網膜下インプラントの空隙への網膜移動効果を利用することに注力しています。

バイオニックビジョンテクノロジーズ（BVT）は、バイオニックビジョンオーストラリア（BVA）の研究および商業化権を引き継いだ企業です。BVAは、オーストラリアを代表する大学や研究機関のコンソーシアムであり、2010年からオーストラリア研究評議会の資金提供を受けていましたが、2016年12月31日に活動を停止しました。コンソーシアムのメンバーは、バイオニクス研究所、ニューサウスウェールズ大学シドニー校、データ61 CSRIO、オーストラリア眼科研究センター（CERA）、メルボルン大学などでした。他にも多くのパートナーがいました。オーストラリア連邦政府は、バイオニックビジョン技術の開発のために、バイオニックビジョンオーストラリアに4,200万ドルのARC助成金を授与しました。^{[ 35 ]}

BVAコンソーシアムがまだ活動していた頃、チームはアンソニー・バーキット教授が率いており、2つの網膜プロテーゼを開発していました。1つはワイドビューデバイスとして知られ、新しい技術と他の臨床インプラントで成功裏に使用された材料を組み合わせたものでした。このアプローチは98個の刺激電極を備えたマイクロチップを組み込んでおり、患者の可動性を高めて、周囲の環境で安全に動けるようにすることを目的としていました。このインプラントは脈絡膜上腔に埋め込まれる予定でした。研究者たちは、このデバイスを使った最初の患者テストが2013年に開始されると予想していましたが、完全な試験が実施されたかどうかは現在不明です。しかし、少なくともダイアン・アシュワースという女性がこのデバイスを埋め込まれ、それを使って文字や数字を読むことができました。^{[ 36 ]}彼女は後に、自分の人生、視力喪失、そしてBVAバイオニックアイデバイスを埋め込まれた最初の人物であることについて、「I Spy with My Bionic Eye」というタイトルの本を執筆しました。

BVAは同時に、マイクロチップと1024個の電極を備えたインプラントを統合する数々の新技術を組み込んだ高精度デバイスの開発も進めていた。このデバイスは、顔認識や大きな文字の読書といった作業を支援する機能的な中心視力を提供することを目的としていた。この高精度インプラントは網膜上に挿入される予定だった。前臨床試験が完了した後、2014年にこのデバイスの患者試験が計画されていたが、実際に試験が実施されたかどうかは不明である。

網膜色素変性症の患者が最初に研究に参加し、続いて加齢黄斑変性症の患者が参加する予定だった。各プロトタイプは、眼鏡に取り付けられたカメラで構成されており、カメラが信号を埋め込み型マイクロチップに送信し、そこで信号が電気信号に変換されて網膜に残っている健康な神経細胞を刺激する仕組みになっていた。この情報はその後、視神経と脳の視覚処理中枢に伝達された。

2019年1月2日、BVTは、新しいバージョンのデバイスを使用した4人のオーストラリア人に対する一連の試験から良好な結果を発表しました。このデバイスの旧バージョンは一時的な使用のみを想定して設計されていましたが、新しい設計により、この技術を継続的に使用できるようになり、初めて研究室の外でも、自宅に持ち帰ることも可能になりました。2019年中にはさらに多くのインプラントが投与される予定です。^{[ 37 ]}

BVTのウェブサイトに掲載されている2019年3月付のファクトシートによると、同社はこのデバイスが3～5年以内に市場承認を取得すると予想している。^{[ 38 ]}

ハーバード大学/MITの装置と機能的には似ているが、刺激チップが網膜ではなく一次視覚野に埋め込まれている点が異なる。多くの被験者に移植が行われ、成功率は高く、副作用は限定的である。このプロジェクトは2002年に開始され、まだ開発段階にあったが、ドベルの死後、眼球を営利目的で売却することは認められず、公的資金による研究チームに寄贈することになった。^{[ 17 ] [ 39 ]}

イリノイ工科大学（IIT）シカゴ校の神経補綴研究所は、2009年に皮質内電極アレイを用いた視覚補綴装置の開発を開始しました。原理的にはDobelleシステムと似ていますが、皮質内電極を使用することで、刺激信号の空間分解能が大幅に向上します（単位面積あたりの電極数が増えます）。さらに、経頭蓋配線を不要にするために、無線テレメトリーシステムが開発されています^{[ 40 ]}。活性化酸化イリジウム膜（AIROF）コーティング電極のアレイが、脳の後頭葉にある視覚野に埋め込まれます。外部ハードウェアが画像をキャプチャし、処理して、テレメトリーリンクを介して埋め込まれた回路に送信される命令を生成します。回路は命令をデコードして電極を刺激し、それによって視覚野が刺激されます。このグループは、埋め込まれた回路に付属するウェアラブル外部画像キャプチャおよび処理システムを開発しています。動物実験や人間を対象とした精神物理学的研究が行われており^{[ 41 ] [ 42 ]、}人間のボランティアへのインプラントの実現可能性を検証している。

SUNYダウンステート医療センターのスティーブン・マックニックとスサナ・マルティネス・コンデも、OBServeと呼ばれる皮質内視覚補綴装置を開発している。^{[ 43 ] [ 44 ]}計画されているシステムは、LEDアレイ、ビデオカメラ、光遺伝学、アデノ随伴ウイルス形質導入、および視線追跡を使用する。^{[ 45 ]}コンポーネントは現在開発中で、動物でテストされている。^{[ 45 ]}