Künstliche Nano-Retina ermöglicht Super-Sehvermögen

Einem Team chinesischer Wissenschaftler ist es gelungen, aus dem seltenen Element Tellur eine künstliche Netzhaut zu schaffen, die blinden Tieren nicht nur ihr Sehvermögen zurückgibt, sondern ihnen auch „Supervision“ verleiht – die Fähigkeit, Infrarotlicht zu sehen, das mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar ist.

Diese Technologie wurde vom Forschungsteam von Professor Wang Shuiyan an der Fudan-Universität in Shanghai entwickelt und kürzlich in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Die Ergebnisse geben Anlass zu neuer Hoffnung für die Behandlung von Blindheit beim Menschen.

Das von der Universität Fudan erforschte künstliche Netzhautmaterial kann das Sehvermögen wiederherstellen und verbessern. Fotowissenschaft

Wang und Kollegen haben mithilfe von Tellur-Nanodrähten (TeNWNs) einen künstlichen Nerv entwickelt, der eine effiziente photoelektrische Umwandlung sowohl im sichtbaren als auch im Infrarotbereich ermöglicht (siehe Fernández‘ Perspektive).

TeNWN weist eine gute Biokompatibilität auf und benötigt keine externe Stromquelle. Dieser künstliche Nerv kann das Sehvermögen von Mäusen und nichtmenschlichen Primatenmodellen verbessern. Der Einsatz von TeNWN kann die Effizienz retinaler künstlicher Nerven deutlich steigern.

Tellur ist ein seltenes metallisches Element, das üblicherweise als Nebenprodukt der Kupferraffination anfällt. Dank seiner hervorragenden photoelektrischen Eigenschaften kann Tellur sichtbares und infrarotes Licht ohne zusätzliche Geräte in elektrische Signale umwandeln und so die Funktion der Photorezeptorzellen in der Netzhaut übernehmen.

In der Studie verwendeten die Wissenschaftler ein chemisches Abscheidungsverfahren, um Tellur-Nanodrähte mit einem Durchmesser von nur 150 Nanometern herzustellen. Anschließend verbanden sie diese zu Netzwerken (sogenannten TeNWNs), die als „Gerüst“ für die künstliche Netzhaut dienten. Diese Geräte wurden blinden Mäusen direkt in die Augen implantiert.

Bereits einen Tag nach der Operation begannen die Mäuse, ihre Pupillenreflexe und die Fähigkeit, Lichtquellen zu lokalisieren, wiederzuerlangen. Bei Tests unter Infrarotlicht übertrafen die implantierten Mäuse sogar normale Mäuse bei Mustererkennungstests und beim Auffinden von LEDs – etwas, was normalen Mäusen nicht gelang, da sie kein Infrarotlicht sehen konnten.

Wenn man Infrarotstrahlen sehen kann, gilt das beim Menschen als Supervision. Illustrationsfoto

Die Technologie wurde auch erfolgreich an blinden Makaken getestet, ohne dass es zu Komplikationen kam. Bemerkenswerterweise erhöhte die künstliche Netzhaut, die in die Augen von Affen mit normalem Sehvermögen implantiert wurde, die Empfindlichkeit gegenüber Infrarotstrahlen.

In der Natur gibt es Tiere wie Schlangen, die ihre Umgebung genauer einschätzen können, indem sie sowohl Infrarotstrahlung als auch das sichtbare Lichtspektrum wahrnehmen.

Das menschliche Auge verfügt nicht über Photorezeptoren, die auf das Infrarotspektrum reagieren, und Infrarotlicht mit längeren Wellenlängen und geringerer Energie kann keine visuellen Signale auslösen.

Bei Patienten mit schweren Augenerkrankungen (z. B. Makuladegeneration) könnte Infrarotsehen grundsätzlich das Sehen bei schwachem Licht und Dunkelheit verbessern. Die Entwicklung von Technologien, die ein breiteres Lichtspektrum, einschließlich Infrarot, nutzen, könnte erhebliche Vorteile bieten.

Dasselbe Labor hatte bereits 2023 die erste künstliche Netzhaut aus Titandioxid-Nanodrähten entwickelt und klinische Studien am Menschen in mehreren Krankenhäusern der Fudan-Universität gestartet. Es gibt jedoch keine Informationen über Pläne, die neue TeNWN-Technologie am Menschen zu testen.

Der Experte Eduardo Fernandez von der Yale University (USA) kommentierte, dass die Methode des chinesischen Teams das Potenzial habe, eine neue Generation von Geräten zu eröffnen, die Licht in neuronale Signale umwandeln und so vielen blinden Menschen das Sehvermögen zurückgeben, wenn auch eingeschränkt.

China ist heute der weltweit größte Produzent und Verbraucher von Tellur. Das Element spielt in strategischen Industrien wie der thermoelektrischen Kühlung, Solarzellen und Infrarotdetektoren eine zunehmend wichtige Rolle.

Diese erfolgreiche Tierstudie ebnet den Weg für künftige Versuche am Menschen und demonstriert das Potenzial dieser Prothese, das sichtbare Sehen wiederherzustellen und Blinden eine verbesserte Infrarotwahrnehmung zu ermöglichen. Zudem bietet sie eine sicherere, wirksamere und breitgefächertere Lösung als bestehende Technologien.