JP2001505448A - 網膜移植組織 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 網膜移植組織が、網膜（１２）に密着する表面（２８）を有する。この表面（２８）は網膜（１２）の細胞（２７）を刺激する電極（３５）を備えている。網膜（１２）に入射する可視光（２１’）によってこれらの電極（３５）が駆動されて電極（３５）から細胞（２７）に電気刺激（４１）が加えられる。この移植組織（１３）は、好ましくは広い面に、非可視光（２５’）に対して有効な光起電層（３０）を備えている。この光起電層（３０）によって発生される電圧を利用して刺激（４１）が局所的に加えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 網膜移植組織 本発明は、網膜に密着する表面を有する網膜移植組織であって、この表面が網 膜の細胞を刺激する電極を備えており、網膜に入射する可視光によってこれらの 電極が駆動されて電極から細胞に電気刺激が加えられるようになったものに関す るものである。 上記種類の網膜移植組織がＥＰ−Ａ２−０４６０３２０により公知である。 この公知の移植組織は網膜下移植組織であり、従ってこの移植組織は網膜の下 側層内に移植される。公知の移植組織は、実質的に、密に実装された多数のマイ クロフォトダイオードで形成されるシリコンチップからなる。フォトダイオード の光活性面は目を通して照射する光に向けられている。フォトダイオードが振幅 変調電流を発生し、移植組織表面に載置される網膜細胞層をこの電流が刺激する 。こうして、さまざまな態様の網膜変性に苦しむ患者に視力又は視力向上を可能 とすることが可能となるとされる。 公知の移植組織は、照射する周囲光が網膜細胞用に所要の刺激を発生するのに 既に十分となるように設計されてい。従って、外部エネルギー源は設けられてい ない。 米国の雑誌IEEE SPECTRUM、１９９６年５月、４７〜５３頁により、他の網膜 移植組織が公知であるが、しかしこれは網膜上移植組織として利用されるもので ある。従ってこの公知の移植組織は、硝子体の方から網膜に載置されて 網膜表面のすぐ下にある神経節細胞をそこから刺激する電極面を有する。 しかし網膜上移植組織では、網膜下移植組織とは異なり、刺激を予め符号化し て、生物学的信号が光受容器から網膜下層の神経節細胞に至る過程で曝されてい る生物学的変化をこうして補償する必要がある。それ故に網膜上移植組織は外部 から、しかも例えば患者用眼鏡として構成しておくことのできる例えばビデオカ メラ等で生成した像に基づいて、駆動される。 網膜下移植組織と網膜上移植組織との間のこのシステム内在的違いの故に、網 膜上移植組織は構造様式に起因して一層大きく、一層支出を要し、エネルギー消 費量が一層多い。 前記公知の網膜上移植組織では、患者の方から見える像は、信号処理チップ及 びレーザと一緒に眼鏡形配置内に設けられるＣＣＤカメラによって撮影される。 移植組織自体では、神経節を刺激するために設けられる電極配列が本来の移植 組織から横に突出する薄い小旗体として構成されており、この小旗体が外部から 網膜に載置される。それに対して本来の移植組織体は比較的緻密に構成されてお り、刺激器チップの他に、目の開口部に向けられたフォトダイオード配列を含む 。このフォトダイオード配列は眼鏡形配置内に設けられるレーザから可視スペク トル域の光信号を受信する。この光信号は一方で像信号を含み、しかし他方で移 植組織にエネルギーを供給するのにも役立 つ。 従ってこの公知の網膜上移植組織では、欠点として、所要の信号伝送及び電力 供給を確保するために網膜領域でかなりの表面がフォトダイオード配列で覆われ ねばならない。こうして移植組織で覆われる網膜部分は刺激に利用することがで きない。更に、照射可能なパワーは可視光に対する網膜の適合性閾値によって限 定されている。 他方で、冒頭にまず指摘した種類の網膜下移植組織において生じる問題として 、被刺激網膜細胞の刺激閾値よりも大きい十分な振幅の刺激を発生するのに周囲 光は時として十分ではないことがある。 そこで本発明の課題は、周囲光が弱い場合でも所要振幅の刺激を発生し得るの に十分なエネルギーが用意されるように、冒頭にまず指摘した種類の移植組織を 改良することである。その際、やはり先に指摘した種類の網膜上移植組織におい て現れる欠点が防止されねばならない。これらの欠点は、実質的に、刺激に利用 することのできない構成要素によって網膜部分が覆われることにある。 この課題は本発明によれば、冒頭に指摘した種類の移植組織において、移植組 織が非可視光に対して有効な光起電層を備えており、この光起電層によって発生 される電圧を利用して刺激が局所的に加えられることによって解決される。移植 組織は好ましくは広い面にこの層を備えている。 本発明の根底にある課題がこうして完全に解決される。 つまり、人間の目の網膜と同様に光学系が透過させる赤 外光で刺激に必要な供給を行うのが本課題を解決するのに合目的であるとの考え を本発明は利用する。これにより、強度が十分に高い場合でも傷害を懸念する必 要はない。赤外線の入力が包括的に、即ち網膜若しくは移植組織の極力大きな表 面領域にわたって行われる一方、細胞が局所的に刺激されるだけであることによ って、目に用意される供給パワーは付加的に高めることができる。 その都度存在する周囲光と可視光に対する網膜の適合性閾値とに依存すること のないように、刺激を発生するのに必要なエネルギーを用意するために非可視光 、好ましくは赤外光が利用される。 従って本発明による移植組織のエネルギー供給はその都度存在する周囲光に依 存しておらず、更には、その都度見られる像が高輝度分を含むか低輝度分を含む かにも依存していない。 本発明による移植組織の好ましい構成では、平面図において電極が層によって 取り囲まれている。 この措置の利点として、電極と層との表面積比を調整することによって層の大 きさは希望する如くに調整することができる。好ましくは電極が層の表面積の約 １０％〜５０％を占める。 本発明の他の好ましい１構成では、電極が光で操作可能なスイッチを含み、閉 状態のときこのスイッチが電圧を刺激として通す。 この措置の利点として、移植組織表面のうち実際に見え る像に対応した諸点でまさに移植組織は自動的に刺激を発生する。 この実施例の第１変更態様では、スイッチが、非可視光を照射するとき非導電 性、可視光を照射するとき導電性である他の層の領域として構成されている。 この措置の利点として、電極面はそれぞれ、像全体の明領域、即ち被刺激領域 に一致した大きさであるにすぎない。細胞の刺激が起きることのないすべての暗 像領域では、非可視光を付加的エネルギー発生に利用することができる。 この実施例では、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる層の 使用が好ましい。水素化シリコンの合金、つまり例えば炭素との合金（ａ−Ｓｉ Ｃ：Ｈ）又はゲルマニウムとの合金（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）も使用することができ る。 別の実施例群では、電極が、非可視光に対して不透過な材料からなる層を接触 面として含む。 この措置の利点として、エネルギー供給に役立つだけの非可視光によってでは なく、可視光の照射によって電極の場所で刺激を引き起こすことができる。 本発明による移植組織は選択的に網膜下移植組織として、又は網膜上移植組織 としても、利用することができる。後者の場合、移植組織を可視光に対して透過 性とする必要があるだけである。 他の実施例群では、移植組織が通孔を備えた基体を有する。 この措置の利点として、特に網膜下移植組織の場合網膜への栄養素の供給が改 善される。なぜならば、通孔を通してこれを行うことができるからである。 通孔は選択的に剛性基体に設けておくことができるが、しかし基体を柔軟に構 成し又は軟質支持材料からなる網として構成することも可能である。 最後に指摘した事例では、網膜への供給が向上する利点が得られるだけではな い。更には、軟質材料の使用によって網膜の形状への移植組織の適合向上が可能 となる利点が達成される。 その他の利点は明細書及び添付図面から明らかとなる。 前記特徴及び以下になお説明する特徴はその都度記載した組合せにおいてだけ でなく、本発明の枠から逸脱することなく他の組合せや単独でも勿論適用可能で ある。 本発明の実施例が図面に示してあり、以下に詳しく説明される。 図１は、本発明による移植組織を網膜に備えた目の略示横断面図である。 図２は、網膜下配置内の移植組織の一部の拡大横断面図である。 図３は、本発明の変更実施例を図２と同様に示す図である。 図１において符号１０は目若しくは人間の目の全体である。目１０のなかに水 晶体１１と網膜１２が略示されている。 符号１３に認めることのできる網膜下移植組織は網膜１２の下層内にある。そ れに対して、符号１４に一点鎖線で示唆された網膜上移植組織は網膜の表面に載 置される。 対象物２０は、通常、光線２１、２２と倒立像２３とで示唆したように水晶体 １１を通して網膜１２上で結像される。 図１に符号２５で非可視光、特に赤外光の光線束が示唆されている。この光線 束２５は移植組織１３若しくは１４の全面に当たるように指定されている。この ために光線束２５は、目１０内に符号２５’で示唆したように水晶体１１によっ て僅かに変更されるだけである。目内部での局所加熱を防止するために光線束２ ５の集束は避けるべきである。光線束２５は略示されているにすぎない。赤外光 の波長（λ＜１μｍ）の故に赤外光源は水晶体１１の外側焦点の直前になければ ならない。 図２では移植組織１３が実質的に網膜１２の下方、つまり網膜下層内に認める ことができる。網膜１２の単一の細胞が符号２７で示唆されている。細胞２７は その下面が移植組織１３の表面２８に接触する。 移植組織１３の層構造は以下の如くである： 最下層は赤外線ダイオード３０によって形成される。この赤外線ダイオード３ ０は選択的に結晶性シリコン製とすることができ、例えばｐｎ接合又はｎｐ接合 として構成しておくことができる。しかし３層構成ｎｉｐ又はｐｉｎ（それぞれ 上から下に）も可能である。移植組織１３の表 面２８は水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層３４によって形成され る。このような層はそれ自体公知であり、シリコン中に例えば２％〜１０％の水 素を含有している。赤外線ダイオード３０は水素化シリコンとの合金、例えばａ −ＳｉＧｅ：Ｈ、又は微結晶シリコンから１構造中で構成することができる。 これに関連して重要なことは、特に、そこを通して刺激が加えられる平面の下 方に、つまり図示実施例の場合アモルファス層３４の下方に、電流を刺激場所へ と横に導くのに十分に高い横伝導率を有する比較的高濃度の不純物添加層が配置 されていることである。 図２の符号２５’はやはり赤外光の光線であり、これが表面２８の全面を照射 する。アモルファス層３４は赤外光に対して透過性であり、低濃度不純物が添加 されているだけか又はまったく添加されていない。赤外光のみがアモルファス層 ３４を照射している限り、この層の伝導率はきわめて低く、つまりこの層は事実 上絶縁体として働く。 図２に符号Ｂで示唆したように、像を特別に見る場合特定領域１３が可視光２ １’で照射される。 可視光２１’がアモルファス層３４に入射すると、この層の伝導率は数オーダ でけ急激に高まる。 その結果、アモルファス層３４のうち図２の略示図で領域Ｂにまさに相当する 局所領域３５に電気伝導率のきわめて良好な領域が生じることになる。それ故に この領域３５は光制御式電気スイッチとして働く。 照射する赤外光２５’の故に赤外線ダイオード３０は、純可視励起時よりも本 質的に高いことのある電流を供給することができる。それ故に、上で述べたよう に領域３５内でのみ”通電”される場合、矢印４１で示唆したように、領域３５ に接触した細胞２７が刺激されることになる。刺激場所への横通電を可能とする のに十分な高い横伝導率を有する比較的高濃度の不純物添加層をこの場所（矢印 ４１）の下方に配置しておくべきであることは既に触れられた。 この刺激４１の電位は領域Ｂ内で照射する光エネルギーに合わせて量定される だけではない。むしろ、各時点に可視光で照らされない全面を利用することがで きる。その結果、やはり、特に照明が弱い場合に局所的にきわめて大きな刺激を 発生することができる。 図３に示した変更態様では移植組織１３ａがやはり多層配置からなる。最下層 は赤外線ダイオード５０である。その上にｉ層５４が配置されており、この層の 表面２８ａ上に離散分布電極５５がある。赤外線ダイオード５０はその実施が実 質的に、先に図２について説明した赤外線ダイオード３０と同じである。 電極５５は表面被覆率が好ましくは１０％〜２０％である。しかし特定の適用 事例では５０％以上の高い被覆率も考えられる。 電極５５は、好ましくは、可視光に対してスペクトル選択的に透過性である蒸 着金電極である。この場合電極５５は赤外光に対して不透過性である。 こうして図３の配置では表面２８ａのうち図３に符号ｂ１で示した面部分を介 してエネルギー供給が引き起こされる。従って、像表示の解像度は符号ｂ２で示 唆した表面部分によって決定される。 照射ずる赤外光が赤外線ダイオード５０内で電荷担体を発生し、可視光が単数 又は複数の電極５５を照射したときそこに刺激を発生するのに十分なエネルギー が用意される。このために層５４が電子スイッチとして働き、可視光が接点５５ に当たって通過するときこのスイッチは光で駆動可能である。この点についての その他の詳細は先行刊行されていない１９９５年８月１０日のドイツ特許出願１ ９５２９３７１．１に述べられており、そこでの開示を参照するようにはっきり と指示する。 エネルギー供給のために、例えば、患者が眼鏡等で、即ち目の水晶体の直前で 携帯する赤外線ダイオードを利用することができる。この赤外線ダイオードは移 植組織１３若しくは１３ａに向けられている。移植組織の直径が例えば３．０ｍ ｍであるとき赤外線ダイオードの出力パワーは０．３５ｍＷで十分と見做される 。 網膜下移植組織では特定状況のもとで、網膜への生物学的供給時に問題が生じ ることがある。この問題は、網膜下移植時に特定の網膜面が”下から”移植組織 体によって密封されていることにある。 この問題を解決するために本発明の枠内で、但しそれとは独自に、さまざまな 解決の糸口が考えられる。 第１変更態様では、網状化網膜移植組織が利用される。それ故に移植組織の基 体は網状形成物からなる。網の結び目にフォトダイオードがある。網自体は多か れ少なかれ柔軟な支持材料からなる。そのことに基づき網は剛性移植組織の場合 よりも一層良好に眼底に適合することもできる。 このような網状移植組織及び／又は軟質移植組織を製造するためにＳＯＩ（絶 縁体上シリコン）層上に、即ち軟質有機薄膜上にフォトダイオードが作製され、 次にエッチング操作によって分離され、ラッカー層若しくはポリイミド層で被覆 される。この層が引き続き構造化される。この構造化層はエッチング操作のマス クとして利用することもできる。 剛性移植組織を有する他の実施例では基体が連続シリコン層として構成される 。この基体はやはり孔を備えて、これらの孔を通して網膜に供給することができ る。 このような移植組織を製造するためにフォトダイオードの製造時に２段エッチ ング操作が行われる。孔はシリコン表面に例えば２０μｍの深さで製造される。 チップを後に移植組織として逆研磨される場合これらの孔は裏側から開かれ、網 膜用供給路として利用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ヴァイス、シュテファン ドイツ連邦共和国 デー72070 チュービ ンゲン、ヤーンストラッセ 15 (72)発明者 ツレナー、エベルハルト ドイツ連邦共和国 デー72076 チュービ ンゲン、ヤスミンヴェック 23 (72)発明者 シュテット、アルフレッド ドイツ連邦共和国 デー72768 レウトリ ンゲン、クニービスストラッセ 40 (72)発明者 グラフ、ハインツ ゲルハルド ドイツ連邦共和国 デー71106 マグスタ ット、イム ドーベル 10 (72)発明者 グラフ、ミヒャエル ドイツ連邦共和国 デー71332 ヴァイビ リンゲン、クリストフストラッセ 42 (72)発明者 シュベルト、マルクス ベー ドイツ連邦共和国 デー72074 チュービ ンゲン、ゲルトルード―ボイマー―ストラ ッセ 40 (72)発明者 ヴァンカ、ハラルド エンヌ ドイツ連邦共和国 デー73630 レムスハ ルデン／ゲラードシュテッテン、イナ―サ イデル―ストラッセ 14 (72)発明者 ヒールツェンベルガー、アンケ ドイツ連邦共和国 デー71067 シンデル フリンゲン、ブランデンコプフヴェーク 10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．網膜（１２）に密着する表面（２８）を有する網膜移植組織であって、こ の表面（２８）が網膜（１２）の細胞（２７）を刺激する電極（３５；５５）を 備えており、網膜（１２）に入射する可視光（２１’）によってこれらの電極（ ３５；５５）が駆動されて電極（３５；５５）から細胞（２７）に電気刺激（４ １）が加えられるようになったものにおいて、移植組織（１３；１４）が非可視 光（２５’）に対して有効な光起電層（３０；５０）を備えており、この光起電 層（３０；５０）によって発生される電圧を利用して刺激（４１）が局所的に加 えられることを特徴とする網膜移植組織。 ２．移植組織（１３；１４）が広い面に層（３０；５０）を備えていることを 特徴とする、請求の範囲１記載の網膜移植組織。 ３．平面図において電極（３５；５５）が層（３０；５０）によって取り囲ま れていることを特徴とする、請求の範囲１又は２記載の網膜移植組織。 ４．電極（５５）が層（５０）の表面積の約１０％〜５０％を占めることを特 徴とする、請求の範囲３記載の網膜移植組織。 ５．電極（３５；５５）が光で操作可能なスイッチを含み、閉状態のときこの スイッチが電圧を刺激（４１）として通すことを特徴とする、請求の範囲１〜４ のいずれか１項又は複数項記載の網膜移植組織。 ６．スイッチが、非可視光を照射するとき非導電性、可視光を照射するとき導 電性である他の層（３４）の領域として構成されていることを特徴とする、請求 の範囲５記載の網膜移植組織。 ７．層（３４）が水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）又はその合金 からなることを特徴とする、請求の範囲６記載の網膜移植組織。 ８．電極（５５）が、非可視光に対して不透過な材料からなる層を接触面とし て含むことを特徴とする、請求の範囲５記載の網膜移植組織。 ９．非可視光が赤外光（２５）であることを特徴とする、請求の範囲１〜８の いずれか１項又は複数項記載の網膜移植組織。 １０．網膜移植組織が網膜下移植組織（１３）として構成されていることを特 徴とする、請求の範囲１〜９のいずれか１項又は複数項記載の網膜移植組織。 １１．網膜移植組織が可視光に対して実質的に透過性で、網膜上移植組織（１ ４）として構成されていることを特徴とする、請求の範囲１〜１０のいずれか１ 項又は複数項記載の網膜移植組織。 １２．網膜移植組織が通孔を備えた基体を有することを特徴とする、請求の範 囲１〜１１のいずれか１項又は複数項記載の網膜移植組織。 １３．通孔が剛性基体に設けられていることを特徴とする、請求の範囲１２記 載の網膜移植組織。 １４．基体が柔軟に構成され、又は軟質支持材料からなる網として構成されて いることを特徴とする、請求の範囲１３記載の網膜移植組織。