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ｳﾙﾄﾗﾅﾉ結晶ダイヤモンド電極を用いた網膜刺激のin vivoでの実現可能性
In vivo feasibility of epiretinal stimulation using ultrananocrystalline diamond electrodes.
PMID: 32659750 DOI: 10.1088/1741-2552/aba560.
抄録
目的:
網膜神経節細胞（RGC）に近接しているため、網膜外視用プロテーゼは、RGCの直接活性化を通じて低閾値のホスフェンを誘発する機会を提供しています。この研究では、窒素を組み込んだウルトラナノ結晶（N-UNCD）ダイヤモンド電極を含む、新しいプロトタイプのモノリシック式網膜プロテーゼのin vivo性能を特徴付けました。
PURPOSE: Due to their increased proximity to retinal ganglion cells (RGCs), epiretinal visual prostheses present the opportunity for eliciting phosphenes with low thresholds through direct RGC activation. This study characterised the in vivo performance of a novel prototype monolithic epiretinal prosthesis, containing Nitrogen incorporated ultrananocrystalline (N-UNCD) diamond electrodes.
方法:
最大25 120×120μmのN-UNCD電極を含むプロトタイプのインプラントは、麻酔をかけた16匹の猫に移植され、単一のタックを使用して、または軟骨上に配置された磁石との磁気カップリングを介していずれかの網膜に取り付けられた。電荷バランスのとれた二相性電流パルスを使用して網膜刺激へのマルチユニット応答は、マルチチャンネル平面アレイを使用して視覚野で急性に記録されました。刺激電極、刺激極性、位相持続時間、リターン構成、同時に刺激した電極の数など、いくつかの刺激パラメータを変化させた。
METHODS: A prototype implant containing up to twenty-five 120×120 µm N-UNCD electrodes was implanted into 16 anaesthetised cats and attached to the retina either using a single tack or via magnetic coupling with a suprachoroidally placed magnet. Multiunit responses to retinal stimulation using charge-balanced biphasic current pulses were recorded acutely in the visual cortex using a multichannel planar array. Several stimulus parameters were varied including; the stimulating electrode, stimulus polarity, phase duration, return configuration and the number of electrodes stimulated simultaneously.
結果:
この装置の硬い性質とそのフォームファクターは、複雑な手術手順を必要とした。手術は10/16匹の動物で成功したと考えられ、8匹の動物で単一電極刺激に対する皮質反応が得られた。臨床画像および組織学的結果は、多くの場合、装置がその場に設置されていることによって引き起こされた重度の網膜外傷を示していた。皮質指標は、個々の実験の手術結果、位相の持続時間、復帰構成、および同時に刺激された電極の数に有意に依存するが、刺激の極性には依存しないことがわかった。皮質閾値はまた、実験の中で時間の経過とともに増加することがわかった。
RESULTS: The rigid nature of the device and its form factor necessitated complex surgical procedures. Surgeries were considered successful in 10/16 animals and cortical responses to single electrode stimulation obtained in 8 animals. Clinical imaging and histological outcomes showed severe retinal trauma caused by the device in-situ in many instances. Cortical measures were found to significantly depend on the surgical outcomes of individual experiments, phase duration, return configuration and the number of electrodes stimulated simultaneously, but not stimulus polarity. Cortical thresholds were also found to increase over time within an experiment.
結論:
この研究では、ダイヤモンド電極を含む網膜プロテーゼが、少数の症例ではあるが、高い精度で皮質の活動を作り出すことができることが実証された。どちらの外科的アプローチも、網膜への信頼性と一貫性のある装着と安定化という点で非常に困難であり、しばしば重度の網膜外傷をもたらしました。現在の手術技術ではこれらの問題に対処できないため、このような装置が臨床応用に向けて進歩するためには、解決しなければならない重要な課題（装置のフォームファクターと装着技術）がある。
CONCLUSIONS: The study successfully demonstrated that an epiretinal prosthesis containing diamond electrodes could produce cortical activity with high precision, albeit only in a small number of cases. Both surgical approaches were highly challenging in terms of reliable and consistent attachment to and stabilisation against the retina, and often resulted in severe retinal trauma. There are key challenges (device form factor and attachment technique) to be resolved for such a device to progress towards clinical application, as current surgical techniques are unable to address these issues.
© 2020 IOP Publishing Ltd.