Chip aus Vietnam hilft blinden Menschen wieder zu sehen

Vor kurzem haben Dr. Tran Nhan und sein Team einen klinischen Test gemacht. Sie haben einen kleinen Chip von 3x3 mm in die Netzhaut eines blinden Patienten aus China eingesetzt. Das Gerät weckt die wenigen noch lebenden Zellen in der Netzhaut. Diese Zellen heißen Netzhaut-Ganglienzellen. Der Chip stimuliert diese Zellen. Die Zellen bekommen Bild-Signale von einer Kamera auf der Brille. Dann schicken sie die Signale zum Gehirn. Danach kann der Patient selbst lesen, schreiben und gehen. Dr. Tran Nhan erzählt der Zeitschrift Tia Sáng von seiner Forschung. Er muss hunderte Variablen testen. Viele Fächer arbeiten zusammen: Physik der Mikrochips, Bio-Chemie im menschlichen Körper, drahtlose Energie und Daten, Mikro-Mechanik, Steuerung und KI-Algorithmen.

Unzählige neue Probleme

Frage: Ingenieure in der Chip-Industrie sagen: Man darf keinen Fehler machen, nicht einmal auf der Ebene von Atomen. Sie machen einen Chip für die Netzhaut, damit blinde Patienten wieder sehen können. Da sind die Regeln noch strenger. Sie träumen seit 2008 von diesem Chip. Wann gab es schwierige Momente, in denen kein Fehler erlaubt war?

Antwort: Bis zur letzten Minute war ich sehr nervös. In den 20 Jahren habe ich meiner Familie und meinen Kollegen aus der Chip-Branche nichts erzählt. Sie hätten gedacht, das ist eine lustige, unrealistische Idee wie aus einem Science-Fiction-Film. Damals und auch heute denken alle, dieser Chip ist Fantasie. Auch ich wusste am Anfang nicht, wann wir den Chip wirklich in ein menschliches Auge einsetzen können.

Ich beginne 2008 mit der Forschung und dem Design des Chips. Damals bin ich Doktorand. Zuerst hat der Chip 64 Elektroden und später 256 Elektroden. Elektroden sind wie kleine "Beine" des Chips. Sie berühren die wenigen noch lebenden Ganglienzellen in der Netzhaut und wecken sie. Ab 2014 arbeite ich an einem Chip mit 65 Nanometern und mit 320 Elektroden. Ich brauche zwei Jahre für den ersten Chip für die Netzhaut. Dann brauche ich noch einmal zwei Jahre für den zweiten Chip. Der zweite Chip sendet Energie und Daten ohne Kabel.

Später setzen wir zwei Chips an zwei verschiedene Orte ein: Chip Nummer 1 liegt in der Netzhaut und stimuliert die Zellen dort. Chip Nummer 2 liegt in der Regenbogenhaut (Iris). Er bekommt Energie von einer Spule auf der Brille. Die Spule ist mit einem kleinen Gerät verbunden, das der Patient am Körper trägt. Dann sendet er Daten ohne Kabel. So verbindet er Chip Nummer 1 mit dem Modul für die Bildverarbeitung von der Kamera auf der Brille.

Das Design des Chips ist noch nicht das Schwerste. Die Systeme um den Chip herum zu bauen und den Chip zu verpacken, ist noch schwerer. Und es gibt keinen Ort zum Lernen. Auf der Welt gibt es nur wenige Gruppen, die in diese Richtung arbeiten: Second Sight (Argus II), Science Corp. (PRIMA), Retina Implant AG (Alpha IMS/AMS) und später Neuralink (Blindsight). Jede Gruppe muss ihr technisches Geheimnis behalten. Außerdem sind sie damals auf dem gleichen Stand wie ich. Das heißt, sie können den Chip auch noch nicht klinisch einsetzen.

Dr. Tran Nhan im Labor. Foto: NVCC

Zum Beispiel: 320 Elektroden sind 320 kleine "Beine" des Chips. Der Chip ist so klein wie ein Reiskorn und berührt das Gewebe im Auge. Er ist so klein, dass eine Firma in Japan ihn nicht herstellen kann. Deshalb sammle ich Geld und baue selbst eine Fabrik. Ich kaufe Maschinen und Geräte, baue einen Reinraum und stelle Mitarbeiter ein, um den Chip selbst herzustellen. Vieles geht kaputt und wir müssen es reparieren. Viele Produkte haben Fehler. Es klappt nicht sofort.

Danach kommt ein noch schwereres Problem: Wir müssen den Chip schützen. Wir legen ihn in eine sehr kleine und sehr dünne Box aus Glas und schweißen sie zu. Die Schweißnaht ist extrem dünn, nur ein Bruchteil eines Haares. Deshalb hält die Schweißnaht nicht. Mal gibt es ein Loch hier, mal ist sie dort offen. Das ist sehr schwer. Wir müssen weiter über das Glas-Material und die Schweiß-Technik forschen.

Dann kommt das nächste Problem: Das Glas ist hart und hat scharfe Ecken und Kanten. Wie können wir es in das Auge des Patienten setzen? Wir brauchen noch eine Schutzschicht. Die Silikon-Schicht muss super dünn, super stabil und sehr weich sein. Sie liegt im Auge und darf das Gewebe nicht verletzen. Niemand produziert eine Form für dieses Silikon. Deshalb müssen wir die Form selbst machen und selbst gießen. Dann gibt es wieder ein Material-Problem: Das Silikon ist zu hart oder zu flüssig. Wir müssen wieder forschen und das Problem lösen. So gibt es in all den Jahren unzählige Probleme und neue Aufgaben.

Frage: Neben den genauen technischen Berechnungen für Mikrochips, Energie, Material, Mikro-Mechanik, Steuerung und KI auf einem Chip ist die Biomedizin ein ganz anderes und komplexes Feld. Ist das nicht Ihr eigentliches Studienfach?

Antwort: Zum Glück kann ich in Australien am Zentrum für Neurotechnik an der Universität Melbourne forschen. Von Anfang an arbeite ich dort mit Experten vom Bionic Ear Institute (heute Bionics Institute) zusammen. Deshalb forsche ich über den Mechanismus eines Chips für das Ohr für taube Patienten.

Einfach gesagt: Wir müssen Signale von der Maschine in Reize umwandeln, die das Gehirn verstehen kann. Der Mechanismus ist so: Die Information kommt von der Kamera durch ein Datenverarbeitungsgerät, das der Patient trägt. Dann geht sie ohne Kabel zu den zwei Chips im Auge. Von dort stimuliert sie die Zellen in der Netzhaut. Die Zellen schicken das Signal zum Sehnerv. Das Gehirn bekommt das Signal und macht daraus ein Bild.

So müssen sowohl das Gehirn als auch das Auge diese künstlichen Reize erst kennenlernen. Für die Bildverarbeitung gilt: Ein Algorithmus bearbeitet das Bild und wandelt es in elektrische Impulse um. Diese elektrischen Signale gehen zum Chip und stimulieren die Zellen in der Netzhaut.

Aber zwischen dem elektronischen System und dem Nervensystem gibt es große Hindernisse. Zum Beispiel: Wir müssen Daten in das Auge senden, aber der Chip kann keine Batterie haben. Wir können auch keine langen Kabel tief in die Netzhaut legen. Die Kabel würden sich überkreuzen und einen Kurzschluss verursachen. Außerdem kann das Volumen der dicken Kabel die Netzhaut beschädigen, wenn wir sie in das Gewebe einsetzen. Also woher kommt die Energie für den Chip? Wie senden wir die Daten und wie versorgen wir den Chip?