Ultradünne Nanotechnologie ermöglicht eine sichere drahtlose Stimulation bei Netzhautdegeneration

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Sedat Nizamoğlu von der Fakultät für Elektrotechnik und Elektronik der Koç-Universität hat eine sichere und drahtlose Stimulationstechnologie der nächsten Generation für degenerative Netzhauterkrankungen entwickelt, die zu Sehverlust führen. Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht, einer der weltweit renommiertesten wissenschaftlichen Fachzeitschriften.

Weltweit sind Millionen von Menschen von degenerativen Netzhauterkrankungen betroffen, für die es derzeit keine heilende Behandlung gibt. Bestehende Netzhautimplantate unterliegen jedoch aufgrund ihrer sperrigen Struktur, komplexen elektronischen Komponenten oder der Notwendigkeit von hochintensivem sichtbarem Licht erheblichen klinischen Einschränkungen. Um diese Herausforderungen zu meistern, machten sich Forscher der Universität Koç daran, ein ultradünnes, biokompatibles System zu entwickeln, das Licht direkt in biologische elektrische Signale umwandeln kann.

Um dies zu erreichen, entwarf das Team eine photovoltaische Nanoanordnung, die Zinkoxid-Nanodraht-Arrays mit Silber-Wismuth-Sulfid-Nanokristallen kombiniert. Diese Struktur ermöglicht die Umwandlung von Nahinfrarotlicht, das tiefer und sicherer in das Gewebe eindringt als sichtbares Licht, in präzise kontrollierte elektrische Stimulation, ohne das Augengewebe zu schädigen. Wichtig ist, dass dieser Prozess bei niedrigen Lichtintensitäten funktioniert, die deutlich unter den etablierten Augensicherheitsgrenzwerten liegen, und dies unter Verwendung einer vollständig kabellosen, ultradünnen Architektur.

Die Leistung des Systems wurde anhand von Netzhautmodellen von Ratten mit Sehverlust bewertet. Experimente zeigten starke, wiederholbare und zeitlich präzise Reaktionen in Netzhautneuronen. Darüber hinaus zeigten umfassende Analysen der Zelllebensfähigkeit, Biokompatibilität und Langzeitstabilität, dass die Struktur keinen zellulären Stress oder Toxizität hervorruft und für eine längere Verwendung geeignet ist. Der während des Betriebs beobachtete vernachlässigbare Temperaturanstieg unterstreicht die Sicherheitsvorteile des Ansatzes zusätzlich.
Was diese Technologie von bestehenden Netzhautimplantaten unterscheidet, ist ihre ultradünne aktive Schicht, die Verwendung von sichererem Nahinfrarotlicht anstelle von sichtbarem Licht und ihr vollständig kabelloses Design, das externe Kabel oder elektronische Komponenten überflüssig macht. Diese Eigenschaften machen die Plattform zu einem starken Kandidaten nicht nur für visuelle Prothesen, sondern auch für umfassendere Neuromodulationsanwendungen, die auf elektrisch erregbare Gewebe wie Gehirn, Herz und Muskeln abzielen.

Prof. Dr. Sedat Nizamoğlu kommentierte die Studie wie folgt: „Diese Studie zeigt, dass ein nanotechnologischer Ansatz zur Netzhautimplantation möglicherweise in Zukunft das Sehvermögen von Personen wiederherstellen könnte, die aufgrund von Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa ihre Sehfunktion verloren haben. Anorganische Nanokristalle, die 2023 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurden, sind vielversprechend für die Netzhautprothesentechnologie, wenn sie mithilfe funktionsoptimierter Nanoarchitekturen implementiert werden. Betrieb mit „Mit dem Einsatz von Nahinfrarotlicht bietet dieses nanoskalige System hinsichtlich der Leistung eine bedeutende Alternative zu bestehenden Ansätzen.“

Diese an der Koç-Universität durchgeführte Arbeit unterstreicht einmal mehr das interdisziplinäre Forschungsumfeld der Universität und ihr Engagement für wirkungsvolle wissenschaftliche Innovationen und ebnet gleichzeitig den Weg für die Entwicklung sichererer und wirksamerer zukünftiger Behandlungen für Menschen mit Sehverlust.

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