Näkö takaisin verkkokalvoistutteella

Transkriptio

1 KATSAUS Juha Välimäki 1140 Verkkokalvoa vahingoittavat sairaudet ovat merkittävä näkövammaisuutta aiheuttava tekijä niin Suomessa kuin muissakin länsimaissa. Verkkokalvosairaudet, kuten verkkokalvon pigmenttisurkastuma ja silmänpohjan ikärappeuma, tuhoavat silmän valoaistinsoluja verkkokalvon uloimmassa kerroksessa. Usein verkkokalvon sisempien kerrosten solut kuitenkin säilyvät. Verkkokalvoistutteella yritetään mikroelektroniikan avulla keinotekoisesti korvata valoaistinsolujen sammunut toiminta. Kaikki kehitteillä olevat implantit pyrkivät ohittamaan verkkokalvon surkastuneet kerrokset ja välittämään näköinformaatiota toimivaan verkkokalvon osaan suoraa sähköistä stimulaatiota käyttämällä. Verkkokalvoistutteella ei pystytä palauttamaan sokealle normaalia näköä, mutta sen avulla henkilö kykenee helpommin suunnistamaan, mikä on sokealle suuri päivittäisiä toimia helpottava asia. Ensimmäinen verkkokalvoistute on saanut vuonna 2011 CE-merkin. Suomessa on noin vaikeasti heikkonäköistä (näöntarkkuus alle 0,1), mikä on 0,6 % väestöstä (Laitinen 2009). Yleisin näkövamman aiheuttaja maassamme, kuten muissakin korkean elintason maissa, on silmänpohjan ikärappeuma, jonka osuus kaikista näkövammoista on 41,6 %. Toisena ovat verkkokalvon perinnölliset rappeumat (9,3 %) (Ojamo 2010). Verkkokalvon pigmenttisurkastuma kuuluu verkkokalvon perinnöllisten rappeumien ryhmään ja johtaa sokeuteen verkkokalvon valoaistinsolujen pysyvän tuhoutumisen takia. Nämä verkkokalvosairaudet tuhoavat silmän valoreseptorisoluja eli tappi- ja sauvasoluja verkkokalvon uloimmassa kerroksessa, mutta usein verkkokalvon sisempien kerrosten solut säilyvät. Jos valoaistinsolujen toiminta on sammunut, ei näille potilaille ole ollut tarjota minkäänlaista näköä parantavaa hoitoa. Yli 20 vuoden ajan useat eri tutkimusryhmät ovat yrittäneet kehittää verkkokalvoistutetta, jonka avulla kuolleiden valoreseptorisolujen toiminta voitaisiin korvata. Vasta viime vuosina julkaistut tulokset potilaskokeista ovat olleet niin lupaavat, että käsillä on uusi näköä parantava hoitomuoto valikoidulle näkövammaisten ryhmälle. Verkkokalvoistute Verkkokalvo koostuu useasta solukerroksesta (Kuva 1). Verkkokalvoistutteella yritetään korvata näköaistinsolujen sammunut toiminta keinotekoisesti mikroelektroniikan avulla. Kaikki kehitteillä olevat implantit pyrkivät ohittamaan verkkokalvon vaurioituneet kerrokset ja välittämään näköinformaatiota toimivaan verkkokalvon osaan suoraa sähköistä stimulaatiota käyttämällä. Useista lupaavista verkkokalvoistutteista kehityksessä pisimmällä potilaskokeiden osalta ovat EPIRET3 (Roessler ym. 2009), The Artificial Silicone Retina (Chow ym. 2004), Argus II (Humayun ym. 2009) ja Retina Implant (Stingl ym. 2010). Suuri haaste verkkokalvoimplantin kehityksessä on energian siirtäminen silmän sisällä olevaan implanttiin. Tämä on yleensä ratkaistu kehon ulkopuolisesta virtalähteestä silmän sisälle johdettavan kaapelin avulla. Näin tapahtuu Retina Implant mallissa (Zrenner ym. 2011). Ongelmia aiheutuu kuitenkin ohuen virtakaapelin rakenteen haurastumisesta kehon sisällä. Virtalähteenä voidaan käyttää Duodecim 2012;128:1140 4

2 Verkkokalvo Vaurioalue 1 2 Valo Gangliosolut Bipolaarisolut Näköreseptorisolut 1 tappi 2 sauva Pigmenttiepiteeli Bruchin membraani Suonikalvo Kuva 1. Verkkokalvon rakenne, jossa paikantuu valoaistinsolutason (tappi- ja sauvasolut) vaurio. myös esimerkiksi mustuaisaukon kautta lähetettävää infrapuna- tai elektromagneettista säteilyä, kuten EPIRET3-mallissa (Roessler ym. 2009). Toinen keskeinen ongelma on implantin stimuloivien elektrodien saaminen mahdollisimman lähelle verkkokalvon neuroneita, jotta sähköinen informaatio siirtyisi riittävän hyvin ja turvallisesti eteenpäin. Eri tutkimusryhmien verkkokalvoistutteet voidaan jakaa karkeasti kahteen ryhmään sen mukaan, tapahtuuko verkkokalvon stimulaatio verkkokalvon alta (subretinaalisesti) tai verkkokalvon päältä (epiretinaalisesti) (Kuva 2). Näiden kahden pääryhmän lisäksi on myös mahdollista asettaa implantti suonikalvon ja kovakalvon väliin (ns. suprakoroidaalitilaan). Kyseisen implantin avulla potilaiden näöntarkkuutta ei vielä ole onnistuttu parantamaan, joten se jätetään tässä katsauksessa käsittelemättä (Fujikado ym. 2007). Istute verkkokalvon alla Verkkokalvon alle tuleva implantti, kuten Retina Implant- ja Artificial Silicone Retina mallit, sijoitetaan verkkokalvon pigmenttisolukerroksen ja valoaistinsolukerroksen väliin. Retina Implant mallissa pieneen (3 x 3,1 mm) ja hyvin ohueen ( mm) mikrosiruun on istutettu tuhansia mikroelektrodilla varustettuja pienen pieniä valodiodeja. Näkyvästä kohteesta silmän verkkokalvolle saapuva valo saa aikaan valodiodeissa heikkoa sähkövirtaa, joka aktivoi mikroelektrodeja. Syntynyt virta stimuloi verkkokalvon sisäkerroksissa säilyneitä hermosoluja (horisontaalisolut, bipolaarisolut, amakriinisolut ja ganglio solut), ja näin alkunsa saanut näköimpulssi kulkeutuu aksoneita myöten aivoihin aiheuttaen näköaistimuksen. Eläinkokeet ovat osoittaneet, että noin 10 ma:n virta riittää stimuloimaan verkkokalvon neuroneita, kun elektrodit ovat kontaktissa verkkokalvon sisätai ulkokerrokseen (Stett 2000). Istute verkkokalvon päällä Verkkokalvon eteen sijoitettavissa implanteissa, kuten Argus II- ja EPIRET3-malleissa, ei ole valoon reagoivia diodeja, eivätkä ne hyödynnä verkkokalvon sisäkerroksen soluja näköinformaation prosessoinnissa. Implantin toiminnan mahdollistaa pieni videokamera, joka on sijoitettu silmän ulkopuolelle silmälasikehyksiin. Kamerasta tuleva informaatio muunnetaan mikroprosessorin välityksellä elektroniseksi signaaliksi. Näissä istutteissa sekä informaatio että implantin tarvitsema energia siirtyvät silmän sisään langattomasti silmälasikehyksiin liitetyn lähettimen avulla. Vastaanotin voidaan sijoittaa silmän pinnalle sidekalvon alle (Argus II) tai mykiön kapselipussiin (EPIRET3), kun mykiön sisältö on poistettu kaihileikkauksen tapaan. Verkkokalvon sisemmän kerroksen päälle tuleviin stimulaatioelektrodeihin sähköinen kuvainformaatio kulkee silmän lasiaistilan yli mikrokaapelia myöten vastaanottimesta. Verkkokalvon eteen sijoitettavassa implantissa elektrodit välittävät informaation suoraan 1141

3 KATSAUS Lähetin antenni Silmälasikehys Sarveiskalvo Videokamera Mykiö Lasiainen Näköhermo Kovakalvo Suonikalvo Verkkokalvo Epiretinaalinen istute 2. Verkkokalvo 3. Subretinaalinen istute 4. Suonikalvo 5. Kovakalvo 6. Mikroelektrodit Kuva 2. Verkkokalvoistute voi sijaita silmässä verkkokalvon päällä (1) tai sen alla (3). Ainoastaan verkkokalvon päällä sijaitseva implantti vaatii toimiakseen silmälasikehykseen liitetyn videokameran, lähetinantennin ja silmän sisäisen vastaanottimen (ei kuvassa), joka voi sijaita mykiön sisällä tai kovakalvon päällä sidekalvon alla gangliosolujen aksoneihin. Koska näköinformaatio ei tällöin kulje varsinaisesti verkkokalvossa jäljellä olevien solujen kautta, täytyy se muuttaa spatiotemporaaliseksi stimulaatioksi itse implantissa, jotta informaatio tulisi ymmärretyksi aivokuorella. Toisin kuin verkkokalvon alle tuleva implantti, verkkokalvon eteen sijoitettava malli ei vaadi, että silmän optiikka ja väliaineet ovat kirkkaat. Istute voidaan asettaa lasiaisen poiston (vitrektomia) jälkeen joko etukautta lasiaistilan läpi verkkokalvon eteen tai takakautta suoraan kovakalvon läpi verkkokalvon alle. Implantin kiinnittämiseen verkkokalvon päälle liittyy suurempi riski fibroproliferatiivisten prosessien käynnistymisestä silmän sisällä kuin käytettäessä verkkokalvon alle sijoitettavaa istutetta. Verkkokalvon alla implantti kiinnittyy hyvin paikoilleen, koska pigmenttiepiteelin solut saavat aikaan sen ympärille niin sanotun vakuumi-ilmiön. Tulokset Kaikkien verkkokalvoimplantin saaneiden tutkimuspotilaiden näöntarkkuus oli ennen istutteen asentamista heikentynyt niin, että he kykenivät näkemään valon silmän edestä tai aistimaan valon suunnan. Tutkimuspotilaiden näönmenetyksen taustalla oli perinnöllinen verkkokalvosairaus, yleensä verkkokalvon pigmenttisurkastuma, muutamilla harvinaisempi korioideremia. Verkkokalvoistutteen avulla potilaat pystyivät tunnistamaan tuttuja esineitä kuten lusikan, haarukan ja veitsen sekä eri hedelmiä. Osa potilaista pystyi myös tunnistamaan kirjaimia ja lukemaan sanoja. Paras verkkokalvoistutteella saavutettu näöntarkkuus Landoltin C-taululla arvioiden on 0,02. Tähän tulokseen päästiin Retina Implant mallilla (Zrenner ym. 2011). Hyviä tuloksia saaneessa Zrennerin tutkimusryhmässä tutkittujen 11 potilaan istutteet poistettiin neljän kuukauden kuluessa implantaatiosta tutkimusohjelman vaatimusten takia. Artificial Silicone Retina implanttia koskevat tulokset on julkaistu 18 kuukauden seurannan (6 potilasta) ja Argus II implanttia koskevat tulokset kuuden kuukauden seurannan jälkeen (21 potilasta) (Humayun ym. 2009, Chow ym. 2010). EPIRET3-implantin osalta tulokset rajoittuvat kuuden potilaan neljän viikon seurantaan (Roessler ym. 2009, Klauke ym. 2011). Argus II implantin avulla on mahdollista J. Välimäki

4 päästä parhaimmillaan 60 pikselin tarkkuuteen (Humayun ym. 2009), mikä mahdollistaa oviaukon tai rakennuksen muodon hahmottamisen. Potilaista 86 %:lla todettiin oviaukon löytämisen parantuneen ja 73 %:lla liikkumisen helpottuneen (Humayun ym. 2009). Kehitteillä olevalla Argus III mallilla erotuskyky pyritään lisäämään yli 200 pikselin. Retina Implant istutteen mikrosiru mahdollistaa jopa pikselin tarkkuuden, mutta erotuskykyä rajoittaa stimulaatioelektrodien rajallinen määrä (16 kpl) (Zrenner ym. 2011). Istutteen erotuskyvyn lisääminen riippuu verkkokalvon toimivan osan kanssa kontaktiin saatavien elektrodien määrästä. Kaikkia verkkokalvoistutteita käytettäessä on ilmennyt ohimeneviä silmän sisäisiä tulehdusreaktioita, mutta yleisesti ottaen silmä on sietänyt istutetta varsin hyvin. Virallinen seuranta-aika on vielä varsin lyhyt. Muutama potilas on kuitenkin kieltäytynyt verkkokalvoistutteen poistosta tutkimuksen päätyttyä, ja näiden yksittäisten potilaiden osalta seuranta on jatkunut yli viisi vuotta ilman suuria silmäongelmia. Päijäthämäläinen potilas. Maailmanlaajuisesti paras verkkokalvoistutteen avulla aikaansaatu näöntarkkuus (0,02) saavutettiin suomalaisella potilaalla. Hänellä verkkokalvon alle sijoitettu implantti sijaitsi juuri makulan eli tarkan näkemisen alueen kohdalla. Päijät-Hämeestä kotoisin oleva, verkkokalvon pigmenttisurkastuman takia sokeutunut 44-vuotias mies leikattiin Tübingenissä Saksassa marraskuussa Hän pystyi Retina Implant -istutteen avulla lukemaan mustalta pohjalta valkoisista kirjaimista muodostettuja sanoja, kuten mouse, love ja suomi. Sanojen kirjaimet olivat 8,5 cm korkeita ja kirjaimen viivan paksuus oli 1,7 cm. Kuvassa 3 on Retina Implant verkkokalvoistute kuvattuna potilaan silmänpohjassa hänen käydessään seurannassa PHKS:n silmätautien klinikassa. Potilaan leikkauksesta ja seurannasta syntyneet kustannukset katettiin saksalaisen tutkimusryhmän varoista. Lopuksi YDINASIAT 88Verkkokalvoistutteella pyritään ohittamaan verkkokalvon vaurioituneet kerrokset ja välittämään näköinformaatiota toimivaan verkkokalvon osaan suoraa sähköistä stimulaatiota käyttämällä. 88Verkkokalvoistutteen avulla näkövammainen pystyy esimerkiksi suunnistamaan helpommin huoneessa ja kävelemään jalkakäytävää pitkin. 88Paras verkkokalvoistutteella saavutettu näöntarkkuus Landoltin C-taululla arvioiden on 0, Verkkokalvoistute on arvioitu kustannustehokkaaksi hoidoksi, vaikka sen kaikki kustannukset nousisivat euroon asti. Näköaistin menetys heikentää elämänlaatua merkittävästi. Sisäkorvaistutteen avulla on voitu palauttaa kuulo valikoidulle potilasryhmälle, ja istute on nykyään vakiinnuttanut paikkansa kliinisesti toimivana hoitomuotona. Eri verkkokalvoistutteista Argus II implantti sai vuonna 2011 CE-merkin, ja se on myynnissä Euroopan talousalueella (EEA) euron hintaan. Jo nykyään verkkokalvon pigmenttisurkastumaa sairastavat potilaat voivat saada implantin ainakin Saksassa, Sveitsissä, Britanniassa ja Italiassa. Vaikean silmänpohjan ikärappeuman takia sokeutuneet ovat suuri potilasryhmä, jolle verkkokalvoimplantista odotetaan apua. Mikäli implantti osoittautuu hyödylliseksi tulevissa potilaskokeissa myös ikärappeumapotilailla, kasvavat hoidon kustannukset selvästi. Ikärappeuma verkkokalvoistutteen hoitoaiheena lisää potilaiden määrää huomattavasti. On arvioitu, että verkkokalvoistute olisi kustannustehokas hoito, vaikka sen kaikki kustannukset (implantti, leikkaus, neuvonta) nousisivat aina euroon asti (Wrobel 2010). Tämän tutkimuksen tulokset perustuvat siihen lähtökohtaan, että istutteen saava potilas on muuten terve. Verkkokalvoistutteella ei pystytä palauttamaan sokealle normaalia näköä, mutta sen 1143

5 KATSAUS avulla hän pystyy esimerkiksi helpommin suunnistamaan huoneessa ja kävelemään jalkakäytävää pitkin. Tämänkin kaltainen näön palautuminen on täysin sokealle henkilölle suuri päivittäisiä toimia helpottava asia. On arvioitu, että eri verkkokalvoimplantit voitaisiin ottaa laajempaan kliiniseen käyttöön viimeistään seuraavien viiden vuoden kuluessa. Julkaistut tutkimustulokset ovat niin lupaavia, että kliinikkokin joutuu ajattelemaan esimerkiksi verkkokalvon pigmenttisurkastuman takia sokeutuneiden potilaiden hoitoa uudessa valossa. papilli mikrosiru virtajohto stimulaatioelektrodit JUHA VÄLIMÄKI, LT, silmäkirurgian erityispätevyys, ylilääkäri PHKS, silmätautien klinikka Sidonnaisuudet Ei sidonnaisuuksia Kuva 3. Verkkokalvon pigmenttisurkastumaa sairastavan potilaan verkkokalvon alle sijoitettu implantti. Potilas on kuvattu seurantakäynnillä PHKS:n silmätautien klinikassa Saksassa tehdyn verkkokalvoistuteleikkauksen jälkeen. KIRJALLISUUTTA Chow AY, Bittner AK, Pardue MT. The artificial silicon retina in retinitis pigmentosa patients (an American Ophthalmological Association thesis). Trans AM Ophthalmol Soc 2010;108: Chow AY, Chow VY, Packo KH, Pollack JS, Peyman GA, Schuchard R. The Artificial Silicon Retina microchip for the treatment of vision loss from retinitis pigmentosa. Arch Ophthalmol 2004;122: Fujikado T, Morimoto T, Kanda H, ym. Evaluation of phosphenes elicited by extraocular stimulation in normals and by suprachoroidal-transretinal stimulation in patients with retinitis pigmentosa. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2007;245: Humayun MS, Dorn JD, Ahuja AK, ym. Preliminary 6 month results from the Argus II retinal prosthesis feasibility study. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2009; Klauke S, Goertz M, Rein S, ym. Stimulation with wireless intraocular epiretinal implant elicts visual percepts in blind humans. Invest Ophthalmol Vis Sci 2011;52: Laitinen A. Reduced visual function and its association with physical functioning in the Finnish adult population. Helsinki: Terveyden ja hyvinvoinnin laitos Ojamo M. Näkövammarekisterin vuosikirja Helsinki: Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Näkövammaisten Keskusliitto Roessler G, Laube T, Brockmann C, ym. Implantation and explantation of a wireless epiretinal retina implant device: observations during the EPIRET3 prospective clinical trial. Invest Ophthalmol Vis Sci 2009;50: Stett A, Barth W, Weiss S, Haemmerle H, Zrenner E. Electrical multisite stimulation of the isolated chicken retina. Vision Res 2000;40: Stingl K, Greppmaier U, Wilhelm B, Zrenner E. Subretinal visual implants. Klin Monbl Augenheilkd 2010;227: Wrobel WG. The value of retinal implants. BMT 2010;55: Zrenner E, Bartz-Schmidt KU, Benav H, ym. Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words. Proc Biol Sci 2011;278: Summary Restoration of vision by retinal prosthesis Retinitis pigmentosa and age-related macular degeneration destroy photoreceptor cells within the eye in the outermost layer of the retina, whereas cells of the inner layers of the retina often remain intact. Retinal prosthesis aims to replace the faded function of photoreceptor cells by means of microelectronics. The aim of the prostheses being developed is to bypass the atrophied layers of the retina and to convey visual information to the functional portion of the retina. A retinal prosthesis is not able to restore normal vision, but will make orientation easier and thus greatly facilitate the daily activities of a blind person J. Välimäki