視覚代用臓器「ハイブリッド型人工網膜」に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12358016
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 三宅 養三 名古屋大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (30166136)
• 研究分担者: 近藤 峰生 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (80303642) ; 渡部 眞三 愛知県心身障害者コロニー発達障害研究所, 周生期学部, 主任研究員 ; 石黒 章夫 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90232280) ; 近藤 永子 名古屋大学, 医学部附属病院, 助手 (30335038)
• キーワード: 電気刺激 / 人工網膜 / パルス形状 / 光学的断層計 / 網膜タック / 大動物 / MNU / 局所網膜電図

研究概要

視覚系神経への電気刺激の評価:人工網膜において、電気刺激の効率化のため、正常、網膜変性マウスにおいて刺激波形の形状に対しての網膜神経節細胞の興奮の閾値の変化を検討した。正常マウスでは網膜変性マウスに対して全刺激波形で有意に閾値が低かった。両マウスにおいて短い波形は全電荷は低かったが高電流が必要であった。パルス波は短発波より有用ではなかった。よって網膜神経節細胞の興奮を起こすために必要な電荷は網膜の状態と刺激波形の形状に依存することがわかった。人工眼では体内埋め込みデバイスへの供給電力量が限られるため、消費電力量を抑えることが求められる。そこで我々は刺激パターンと神経応答の関係を調べることで、神経細胞への効率的な電気刺激方法の開発を試みた。実験動物(2-4kgの麻酔下の成ネコ)の外側膝状体に刺激電極アレイを刺入し、パルス幅、パルス強度、電極間距離を変化させて、神経応答として視覚野から誘発電位を測定した。その結果、パルス幅よりもパルス強度が神経応答に大きな影響を与えることが判明した。
刺激用電極の形状、組成に関する研究:人工網膜は形状を検討した。その固定は網膜タックを使うが、押し付けて固定する際、力の加減が必要で、押し付けすぎれば刺激する予定の網膜を電極が押しつぶしてしまう可能性がある。そのリスクを回避するために網膜電極の下にスペーサーを用いることにより電極と強膜との間に一定の距離を保つことができる。スペーサーの高さは患者にあわせて光学的干渉断層計により網膜厚を測定することにより最適な間隔を設定できることが判明した。人工眼では電極と生体組織との間の親和性が問題となっているが、導電性高分子のひとつであるポリピロールを電極材料とすることにより、高い生体親和性と刺激効率を持つ神経刺激電極を開発できると考えた。そこで本研究では、ポリピロールを用いた体内埋め込み型刺激電極の作製を目指して、ポリピロールのマイクロパターン化と生体との親和性について実験・評価を行った。実験の結果、体内埋め込み型の刺激電極に必要な微小サイズまで、ポリピロールのパターン化が可能であることが示された。また培養実験の結果、ポリピロールがポリリジンと同程度の親和性を持つことも確認できた。

研究成果

• [文献書誌] Piao CH, Kondo M, et al.: "Multifocal electroretinograms in X-linked retinoschisis"Invest Ophthalmol Vis Sci. 44. 4920-4930 (2003)
• [文献書誌] Watanabe M, Tokita Y, et al.: "Intravitreal injections of neurotrophic factors and forskolin enhance survival and axonal regeneration of axotomized beta ganglion cells in cat retina"Neuroscience. 116. 733-742 (2003)
• [文献書誌] Kurimoto T, Miyoshi T, et al.: "Apoptotic death of beta cells after optic nerve transection in adult cats"J.Neurosci.. 23. 4023-4028 (2003)
• [文献書誌] Okamoto Y, Miyake Y, et al.: "Delayed regeneration of foveal cone photopigments in vogt-koyanagi-harada disease at the convalescent stage"Invest Ophthalmol Vis Sci. 45. 318-322 (2004)
• [文献書誌] Ueno S, Kondo M, et al.: "Luminance dependence of neural components that underlies the primate photopic electroretinogram"Invest Ophthalmol Vis Sci. (In press). (2004)
• [文献書誌] Kondo M, Miyake Y, et al.: "Peripheral cone dystrophy : A variant of cone dystrophy with predominant dysfunction in the peripheral cone system"Ophthalmology. (In press). (2004)