视网膜假体可以恢复光感受器变性的图像形成视觉。然而，对比敏感度和视觉敏锐度往往不足。

2023年11月23日，复旦大学张嘉漪、颜彪、袁源智及姜春晖共同通讯在Nature Biomedical Engineering 在线发表题为“Assessment of visual function in blind mice and monkeys with subretinally implanted nanowire arrays as artificial photoreceptors”的研究论文，该研究报告了视网膜下植入的金纳米颗粒包被二氧化钛纳米线阵列在视网膜下的表现，其空间分辨率为77.5 μm，时间分辨率为3.92 Hz(通过膜片钳记录视网膜神经节细胞来确定)。

在盲小鼠中，该阵列允许在光强阈值为15.70-18.09 μW mm-2时检测漂移光栅和闪烁物体，并通过视觉诱发电位记录和视动反应测试确定视觉灵敏度为0.3-0.4周期/度。在猴子中，该阵列在54周内保持稳定，可以在视觉引导的扫视实验中检测到10 μW mm-2的光束(光束角度为0.5°)，并通过长期体内钙成像引起初级视觉皮层的可塑性变化。因此，纳米材料作为人工光感受器可以改善光感受器变性患者的视力缺陷。

视网膜色素变性(RP)或年龄相关性黄斑变性(AMD)引起的光感受器变性一直是导致失明的主要原因。尽管视网膜上失去了光感受器，但剩余的视网膜细胞以及它们向大脑的投影都没有受到这种疾病的影响。在过去的十年中，使用腺相关病毒(AAV)为基础的治疗方法成功治疗Leber先天性黑朦(LCA)，为基因治疗开辟了机会。最近使用遗传和干细胞为基础的策略的研究在恢复光感受器退化小鼠的光敏感性方面取得了进展。一项临床研究表明，在工程护目镜的帮助下，RP患者表现出部分视力恢复，视网膜表达光遗传蛋白。然而，在恢复高灵敏度的图像形成视觉方面存在挑战，以及生物安全问题。

多电极刺激装置将外部世界的光信号转化为图案化的电流，并刺激剩余的视网膜细胞在患有晚期光感受器退行性疾病的盲人患者中建立视觉感知。60像素的Argus II在欧洲和美国都获得了市场认可。尽管在多中心研究中存在视力受限和安全性问题，但Argus II视网膜外植入物不仅使盲人患者能够感知光线，还能执行某些视觉任务。类似的问题也发生在视网膜下植入体Alpha AMS。Argus II和Alpha AMS都已停产，尽管他们已经获得了市场授权。这些视网膜假体的早期努力之后，视网膜下植入PRIMA在人类患者的视网膜上进行378像素的电刺激(每个像素直径为100 μm) 。在有色大鼠视网膜实验中，视网膜对假体刺激的反应表现为高频闪烁融合。

对于40 μm和20 μm的假体视觉，在离体实验中，近红外刺激1.2 mW mm?2的交替光栅的空间分辨率分别为34.3 μm和27.5 μm，达到了大鼠自然视觉分辨率28 μm的极限。在视觉诱发电位(VEPs)记录中，全场激活的刺激阈值为0.06 mW mm -2, 10ms脉冲。PRIMA植入的RCS大鼠在0.58 mW mm?2辐照下的刺激阈值为6.7 ms。用200 μW mm?2近红外光刺激3种非人类灵长类动物的植入区，使其恢复了扫视功能。在视像眼镜的帮助下，将可见光转化为脉冲近红外光，患者的视力比植入Argus II的患者更好。将多通道电刺激神经假体植入V1脑内也能使猴子和人类恢复视力，尽管与视网膜假体相比，手术过程更具侵入性。有机光伏纳米粒子和可注射纳米粒子为失明小鼠的光感知提供了原理证明，并为下一代视网膜假体的改进手术程序和空间分辨率提供了线索。

贴附NW阵列的盲鼠膜片钳记录RGCs示意图（图源自Nature Biomedical Engineering ）

Au纳米粒子修饰的二氧化钛纳米线阵列(Au-TiO2 NW阵列)，其中每个NW直径约为100 nm，长度为2 μm，具有与光感受器相似的物理尺寸。NW阵列将紫外线(UV)、蓝光和绿光转化为光电流，激活视网膜变性敲除/锥白喉毒素亚单位-A (rd1/cDTA)失明小鼠视网膜神经节细胞(RGCs)，光强阈值低至10 μW mm?2，空间分辨率为100 μm ex vivo。NW阵列在恢复体内主要视觉功能方面的性能还有待评估。

该研究开发了与之前发表的Au-TiO2 NW阵列相比，具有增强的紫外可见光电流的AuTiO2-X NW阵列(简称为“NW阵列”)。综上所述，这些结果表明，即使在远超过关键期的成年人中，感觉皮层仍保持一定程度的可塑性，这可能导致视觉皮层的功能重新连接，并改善视觉功能。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41551-023-01137-8

转自：“iNature”微信公众号

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