Retinal Ä°mplantla Yeniden Görme

Bazı araÅŸtırma grupları retina bozulması nedeniyle görme duyusunu yitiren hastaların, yeniden görmelerini saÄŸlamak için, retinaya doÄŸrudan iliÅŸtirilen bir çeÅŸit elektriksel implanlar geliÅŸtirmeye uÄŸraşıyorlar. Hayvan deneylerinin umut veren sonuçlarına karşın, retinal protezlerin klinik kullanımındaki bazı büyük engellerin aşılması gerekiyor.

Bilgi iÅŸlemenin son derece karmaşık bir biçimi olan görme, gözün arkasındaki, sinirsel iÅŸlemcilerden oluÅŸan bir retina (aÄŸsı tabaka) aracılığıyla gerçekleÅŸir. Görme olayında, gözbebeÄŸinden geçen ışık gözmerceÄŸince retinanın duyusal neroepiteli (sinirsel epitel) üzerinde odaklandığında baÅŸlar. Bakılan nesnenin imgesi, retinanın en dış tabakasında bulunan çubuk ve konik biçimli yaklaşık 130 milyon fotoalıcı hücre üzerinde baÅŸaÅŸağı ve olduÄŸundan çok daha küçük olarak belirir. Koniler ve çubuklar, izdüÅŸürülen görüntünün bölgesel parlaklıklarıyla, renk örneklerini, elektriksel ve kimyasal sinyallere dönüÅŸtürürler. Bu sinyaller retinal sinir hücrelerini (nöron) harekete geçirir.

Retinal nöronlar dört çeÅŸittir: Yatay hücreler, çift kutuplu hücreler, amakrin hücreleri (aksonu olmayan tek kutuplu sinir hücreleri) ve ganglion hücreleri. Retinanın, kabaca 130 milyon fotoalıcısındaki görsel bilgi, elektrik sinyallerine sıkıştırılır ve 1,2 milyon ganglionla optik sinire taşınır. Optik sinir, görsel bilgiyi, talamus adı verilen beyin yapısının bir parçası olan yanal geniculate çekirdeÄŸi (corpus geniculatum laterale) aracılığıyla beynin birincil görme korteksine iletir. Bütün bu iÅŸleyiÅŸin herhangi bir yerindeki aksama ya da bozulma, körlük nedeni olabilir. ÖrneÄŸin Almanya’da her yıl görme duyusunu kaybeden 17 bin kiÅŸiden neredeyse yarısı retina bozulmalarında etkin ve kalıcı iyileÅŸtirme ya da tedavi yapılamadığı için körleÅŸmekte. YaÅŸlılık ya da baÅŸka nedenlerle oluÅŸan görme hastalıkları, dış retinada zamanla ilerleyen bozulmalara neden olur. Kusurlu dokuların iÅŸlevini üstlenen ya da iÅŸlevi yerine getirmeye yardımcı olan elektriksel aygıtların çok örneÄŸi olmasına karşın, görüÅŸü düzelten elektriksel cihazların retina içine nakli gerçekten zor. Optik sinirden beyine taşınan görsel görünümlerin elektriksel görüntülere dönüÅŸümü, uyarılmış ve uzaysal olarak, üç boyutlu objelerin kusursuz kodlanabilmesine olanak tanıyan sayısız sinir hücresine gereksinim duyar.

Göz, özellikle de retina kaynaklı hastalıklara çözüm arama çalışmalarının baÅŸlangıcı 1950’li yıllara kadar uzanır. Kör bir hastanın geçici olarak ışık duyumunu algılamasını saÄŸlayan ve retinanın arkasına yerleÅŸtirilen küçük, düz ve ışığa duyarlı ilk patentli selenyum pil 1956’da Tassiker’ce tanımlandı. GörüÅŸ gücünü geliÅŸtirmeye yönelik giriÅŸimler sonraki yıllarda sürdürüldü. 1990’ların başında bu konuda çalışan araÅŸtırmacıların çoÄŸu, retinaya doÄŸrudan nakli mümkün olan bir protez geliÅŸtirmek için çalışmalara baÅŸladılar.

Retinal naklin gereksinimlerine uygun malzeme seçimi, minicik karmaşık elektrodların yaratılması, malzeme ve retinal doku etkileÅŸmeleri, elektrik ve elektronik devrelerin tasarımı, cerrahi teknikleri geliÅŸtirilmesi, hastayla üretilen malzemenin birbirine uyumu baÅŸlıca araÅŸtırma konuları. ABD, Almanya ve Japonya’daki geliÅŸmeler, önümüzdeki birkaç yıl içinde, retinal naklin klinik testlerde kullanılacağına iÅŸaret veriyor.

Retinal Ä°mplantlar

GeliÅŸmelere baÄŸlı olarak retina altı ve retina üstü olmak üzere iki tür retinal implant söz konusu. Işıkalıcı hücreleri içeren retina altı cihaz, pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasına yerleÅŸtirilir. Retina altıcihazda mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı binlerce fotodiyot, çok ince bir katman halinde biraraya getirilir ve pigmentli epitel tabakayla retinanın dış tabakası arasındaki retina altı boÅŸluÄŸa yerleÅŸtirilir. Retina üzerine düÅŸen ışık fotodiyotlarda bir akım yaratır. Bu akım daha sonra mikroelektrotları aktifleÅŸtirerek retinal sinir hücrelerinin uyarılmasını saÄŸlar. Retina üstü cihazsa, retinanın ganglion hücrelerini içeren en iç tabakası üzerine yerleÅŸtirilir. Retina üstü implant optik sinirdeki ganglion hücre aksonlarıyla beyine yol alan elektrik iletimleri yaratır.

ÇeÅŸitli araÅŸtırma gruplarının retina altı implant geliÅŸtirme çalışmaları sürüyor. Yaklaşık 50 – 100 mikrometre kalınlıkta, 2–3 mm çaplı büyüklüklerdeki ince bir tabaka, altın ya da titanyum nitritten yapılmış, mikroelektrotlarla donatılmış ışığa duyarlı fotodiyotların yüzlercesini ya da binlercesini taşır.

Görünür cisimden doÄŸan (dışardaki nesneden gelen) ışık, mikrofoftodiyotlarca yüzlerce mikroelektrotun herbirinde küçük akımlara dönüÅŸtürülür. Bu akımlar retinal aÄŸdaki sinir hücrelerine aktarılır. Retina altı protezin, zarar görmüÅŸ fotoalıcı hücrelerin doÄŸrudan yerine geçebilen mikrofotodiyotları içermesi, retinanın bozulmadan kalmış sinir hücreleri ağında elektrik sinyallerini iÅŸleyebilme yeteneÄŸi, retina altı boÅŸluktaki mikrofotodiyotların yerleÅŸimi ve sabitlenmesinin görece daha kolay oluÅŸu, harici bir kamera ya da görüntü iÅŸlemcisi gereksinimi olmayışı, yerleÅŸtirilen cisimlere göz hareketlerinin uyumlu oluÄŸu gibi sayısız avantajları var.

Hayvan deneyleriyle edinilen deneyimler; örneÄŸin kedi ve domuz retinalarının altına nakledilen cihazın, 2 yılı aÅŸkın bir süre, sıçanlardaysa 16 ay kadar bozulmaksızın kaldığını gösteriyor. Yine canlı deneyler retina altı implant prototiplerindeki zayıflıkları da açığa çıkarıyor. ÖrneÄŸin, tek bir mikrofotodiyotun küçük ışık duyarlı alanınca yaratılan akım, bitiÅŸik sinir hücrelerini uyarmak için yeterli deÄŸil. Bu yüzden ÅŸimdilerde, dıştan bir enerji kaynağıyla desteklenmiÅŸ aktif bir retina altı implant geliÅŸtirilmekte. Sadece dış enerji kaynağının desteÄŸi, normal çevredeki ışığın her bir elektrottaki uyarıcı akımı ayarlamasında yeterli olacaktır.

Retina üstü implantlardaysa ışığa duyarlı bir eleman yok. Kamera gibi iÅŸleyen çok küçük alan algılayıcıları, gözün dışında ya da doÄŸal gözmerceÄŸinin yerini alabilecek özel plastik gözmercekleri üzerine yerleÅŸtirilebilir ve katarakt cerrahisi için geliÅŸtirilmiÅŸ teknikler kullanılarak tanıtılabilir. Gözün önündeki alan algılayıcısıyla iç retinanın en üstüne yerleÅŸtirilen bir elektrod dizini özel baÄŸlantı telleriyle baÄŸlanır. Bu dizin, gözün sinir tabakasını, göz içi sıvısından ayıran iç retina zarı üzerine yerleÅŸtirilir. Retina altı implanttan farklı olarak retina üstü implant, bilgi iÅŸlemek için retinanın geri kalan aÄŸ tabakasını kullanmaz.

Bu yüzden retina üstü algılayıcı, görsel bilgiyi, elektrik atım dizileri biçiminde kodlar. Bunlar daha sonra elektrod dizileri tarafından, birleÅŸip optik siniri oluÅŸturan ganglion hücrelerinin aksonlarına iletilir. Görsel bilgi, beynin görsel korteksinin anlayabileceÄŸi, uzamsal/zamansal uyarıcı elektrik atım örneklerine çevrilmiÅŸ olmalıdır. Bu uzamsal/zamansal uyarıcı örnekleri önce iç retina zarı üzerine, hafif bir mekanik basınçla ya da mikro iÄŸnelerle tutturulmuÅŸ elektrotlara taşınır. Retina altı implantta olduÄŸu gibi, retina üstü algılayıcıların nakli için özel cerrahi teknikler geliÅŸtirildi ve en uygun uyarılar için gerekli akım parametreleri
tanımlandı. Retina üstü implantın kalıcılığı ve biyouyumluluÄŸu hedefin, kortekste 1°’lik bir çözünürlük saÄŸladığı kedilerde gözlendi.

Hem retina altı hem de retina üstü yöntemlerin olumlu ve olumsuz tarafları var. Retina altı implant, retinanın geri kalan sinir ağını kullanırken, retina üstü implant kullanmaz, bu yüzden de görsel bilginin hazırlanmasında ek iÅŸlemler gerekir. DiÄŸer yanda, retina üstü implantın bilgi taşıma özellikleri dış denetimler için çok daha uygundur. Retina altı implantın retina altındaki boÅŸlukta sabitlenmesi görece daha kolayken, retina üstü implantın sabitlenmesi çok zordur ve hücresel çoÄŸalma uyarımında ek riskler taşır. Retina altı implant bozulmamı. optiklere gerek duyarken, retina üstü implantın böyle bir gereksinimi yoktur.

Zrenner, E.,
“Will Retinal Implants Restore Vision?, Science
8 Åžubat 2002

Çeviri: Serpil Yıldız

Kaynak:

Bilim ve Teknik Dergisi
www.biltek.tubitak.gov.tr