Rétine artificielle

Dossier réalisé en collaboration avec Serge Picaud et Katia Marazova, unité Inserm 968 Institut de la vision - Décembre 2011.

Certaines personnes qui ont perdu la vue suite à la dégénérescence de leurs cellules photoréceptrices peuvent désormais recourir à une rétine artificielle. Cet implant fixé sur ou sous la rétine leur permet de percevoir à nouveau des signaux lumineux. Un dispositif, d’un montant de 80 000 euros environ, a obtenu une autorisation de mise sur le marché en 2011. La recherche se poursuit pour en améliorer les performances.

Pourquoi une rétine artificielle ?

Implant de rétine artificielle

Implant de rétine artificielle

La rétine de l’œil est composée de cellules sensibles à la lumière, les photorécepteurs, et d’un réseau de neurones. Les premières transforment les signaux lumineux en signaux électriques et stimulent des neurones, notamment les cellules ganglionnaires, qui acheminent les messages jusqu’au cerveau via le nerf optique. La défaillance des photorécepteurs altère la vue et peut conduire à la cécité.

La rétine artificielle se substitue à ces cellules pour stimuler les neurones résiduels de la rétine et rendre en partie la vue à ces personnes. Il s’agit notamment d’un implant de 3x3 mm fixé sur ou sous la rétine et composé d’électrodes qui stimulent les neurones rétiniens. Les premiers essais ont débuté dans les années 1990 avec des dispositifs incluant 16 à 20 électrodes. Ils en comportent actuellement jusqu’à 1 500.


Comment fonctionne la rétine artificielle ?

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Il existe actuellement deux modèles différents mais qui offrent des résultats similaires. L’un est placé à la surface de la rétine, en contact avec les cellules ganglionnaires (Argus II, Second Sight, Etats-Unis) et l’autre est placé sous la rétine à la place des cellules photoréceptrices (Retina Implant AG, Allemagne).

Dans le cas de l’implant américain, une caméra est fixée à une paire de lunettes. Elle transmet les images à un processeur placé dans la poche ou à la ceinture du patient. Ce dernier convertit les signaux lumineux en signaux électriques, les traite, puis les transmet par ondes radio à un récepteur placé sur l’œil. Celui-ci les communique grâce à un fil à l’implant composé de 60 électrodes et placé au contact de la rétine.

 

L’implant allemand fonctionne différemment. Il comprend 1 500 électrodes et autant de diodes sensibles à la lumière. Les diodes excitées par la lumière activent directement les électrodes au niveau de la rétine sans l’intermédiaire de lunettes ou de processeur.
Dans les deux cas, une intervention chirurgicale est nécessaire pour la mise en place de l’implant au contact de la rétine.

Qui peut en bénéficier ?

Le dispositif de rétine artificielle s’adresse aux personnes aveugles dont les cellules photoréceptrices ont dégénéré mais chez lesquelles les cellules nerveuses de la rétine et le nerf optique demeurent actifs. C’est le cas des sujets atteints de rétinopathie pigmentaire ou encore de dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA).

La rétinopathie pigmentaire est une maladie génétique qui touche environ 1 naissance sur 4 000 (30 000 cas environ en France). Les patients vivent plusieurs années avec un champ visuel qui se réduit progressivement puis perdent la vue après 50 ans.

Fond d'oeil montrant une dégénérescence maculaire liée à l'âge (forme exsudative) chez un homme de quatre-vingt deux ans. On observe un vaste décollement de la rétine accompagné de fibrose.

Fond d'oeil montrant une dégénérescence maculaire liée à l'âge (forme exsudative) chez un homme de quatre-vingt deux ans.

La DMLA est, elle, une maladie du vieillissement. Le champ de vision central est atteint, ce qui rend difficile la lecture ou encore la reconnaissance des visages. Un quart des plus de 75 ans est touché. Malgré des progrès récents dans certaines complications, aucun traitement ne permet actuellement de guérir ces deux maladies.

Quels sont les résultats actuels ?

En France, depuis 2008, 4 personnes devenues aveugles suite à une rétinopathie pigmentaire ont été équipées d’un implant muni de 60 électrodes à l’hôpital des Quinze-Vingts (Paris) dans le cadre d’un essai clinique au sein du service du Pr José-Alain Sahel.
Et ils sont une trentaine à travers le monde. Ces patients arrivent désormais à percevoir des signaux lumineux.

Ils peuvent se déplacer seuls, repérer une porte ou une fenêtre dans une pièce, visualiser des passages cloutés ou encore suivre une ligne sur le sol.
Et parmi eux, certains parviennent à lire, sur un écran d’ordinateur, des mots à gros caractères blancs sur fond noir, voire lire de courtes phrases.

Il existe toutefois des différences importantes dans les résultats obtenus. Cela pourrait s’expliquer en partie par la variabilité de l’état de conservation global du tissu rétinien entre les individus.

Dans tous les cas, les patients ne retrouvent pas leur vision d’antan. Il leur faut réapprendre une nouvelle façon de voir en associant et en ordonnant les signaux lumineux perçus. Cela demande plusieurs heures quotidiennes d’exercices. La résolution actuelle proposée par les implants est de 60 pixels environ. Pour la lecture de textes, la locomotion autonome ou la perception d’images complexes comme des visages, des études suggèrent qu’une résolution au minimum de 600 pixels voire 1 000 pixels serait optimale.

 

Quels sont les progrès attendus ?

Procurer des images plus nettes aux patients

Selon les études, il faudrait au moins 600 points de stimulation au niveau de la rétine pour pouvoir lire un texte. Cependant, les performances limitées de l’implant allemand qui comprend 1 500 électrodes montrent qu’il ne suffit pas de multiplier le nombre d’électrodes pour y parvenir.

La résolution est en fait limitée par la surface de la rétine sur laquelle les cellules dites gliales forment une couche isolante entre les neurones et l’implant. Cela rend difficile la focalisation des courants électriques transmis par chaque électrode sur un groupe réduit de neurones.

Les signaux diffusent de telle sorte que les stimulations produites par deux électrodes voisines semblent se chevaucher.
Pour améliorer cette résolution individuelle des électrodes, il faut que chaque électrode stimule une zone indépendante de sa voisine.

Les chercheurs de l’Institut de la Vision développent des implants en 3 dimensions en collaboration avec l’ESIEE (Etablissement d’enseignement supérieur scientifique de la Chambre de Commerce et d’Industrie de Paris). Au lieu d’être plans, ils présentent des reliefs en forme de puits dans lesquels les neurones rétiniens vont se nicher. Cela permet de focaliser les stimulations électriques sur ces neurones en particulier. La prochaine étape consiste à vérifier sur des animaux que ces implants innovants augmentent la résolution individuelle des électrodes en mesurant les signaux reçus par les zones du cerveau activées.

Pouvoir intégrer les données en temps réel

Dans la perspective de rétines artificielles ultra performantes, des mathématiciens de l’Institut de la Vision se sont penchés sur le processus de transformation de l’information visuelle en stimulations électriques. En effet, l’augmentation anticipée du nombre de pixels des implants demandera des temps de calcul sur les images plus importants et donc une consommation énergétique accrue nécessitant une lourde batterie. Pour contourner ces problèmes, l’Institut de la Vision a développé une nouvelle caméra sans image afin de limiter la lourdeur du traitement de l’information visuelle.

Augmenter les performances des électrodes

Rétine artificielle

Rétine artificielle

Actuellement, les implants sont bien tolérés. Ils sont à base de parylène, un film polymère couramment utilisé en médecine avec des électrodes métalliques.

Cependant, l’efficacité des électrodes pourrait être encore améliorée. Le diamant est un bon candidat et a été proposé récemment pour la production d’électrodes en raison de ses propriétés de semi-conducteur et de son extrême biocompatibilité.

En collaboration avec le CEA-List, les chercheurs de l’Institut de la vision ont confirmé la bonne survie des cellules rétiniennes à son contact. Ils évaluent maintenant les propriétés électriques du diamant pour la stimulation des neurones et notamment s’il est possible de réduire les charges électriques envoyées dans le tissu.

 

Optogénétique, l’autre façon de restaurer la vision
Cette technique pourrait à l’avenir, si elle se révèle concluante, concurrencer la rétine artificielle. Elle consiste à introduire dans les neurones de la rétine une protéine sensible à la lumière et capable de créer un courant électrique au travers de la membrane cellulaire. Des protéines de ce type existent à l’état naturel. Il s’agit de la rhodopsine-canal2 issue d’une algue ou encore de l’halorhodopsine provenant d’une bactérie. L’expression de ces protéines peut être obtenue dans une cellule nerveuse en y introduisant son code génétique par l’intermédiaire d’un vecteur viral. Ainsi, les neurones d’une rétine aveugle peuvent redevenir sensibles à la lumière grâce à cette protéine et transmettre à nouveau un signal électrique au cerveau. Des essais concluants ont été effectués sur des souris aveugles puis sur des rétines humaines post mortem en culture. Des études cliniques menées au centre d’investigation clinique de l’hôpital des Quinze-Vingts ont établi qu’il existe une population de patients devenus aveugles au cours de l’évolution d’une rétinopathie pigmentaire, dont les cellules rétiniennes restantes et dormantes pourraient être réactivées avec cette stratégie.

Pour en savoir plus

Actualité

Des souris recouvrent la vue (Inserm, 24 juin 2010)

Sites à consulter

Institut de la vision

A lire également

Dossier d’Information Inserm Dégénérescence maculaire liée à l’âge

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