Une prothèse rétinienne plus efficace contre la cécité

Dans le monde, 32 millions de personnes sont aveugles, dont 2 à 4 millions suites à la perte des cellules photosensibles de la rétine. La solution la plus prometteuse pour ce type de cécité consiste à implanter contre la rétine une prothèse avec des électrodes, qui stimulent électriquement les cellules rétiniennes. «Mais avec les solutions actuelles, les résultats sont très faibles et les personnes implantées sont toujours médicalement considérées comme aveugles, explique Diego Ghezzi, à la tête de La Chaire Medtronic en neuro-ingénierie (LNE) de la Faculté des Sciences et Techniques de l’Ingénieur de l’EPFL. Pour pouvoir mener une vie «normale», le champ de vision recouvré devrait par exemple être d’au moins 40 degrés. Les implants existants atteignent 20 degrés.»

Les chercheurs du LNE ont développé une prothèse innovante sans fil, avec des cellules photovoltaïques et dans un matériau extrêmement souple et pliable. Elle devrait offrir un champ de vision de 46 degrés et une bien meilleure résolution. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.

Des dispositifs existants avec de faibles résultats

Les prothèses rétiniennes disponibles consistent en une grille d’électrodes implantée en contact avec la rétine. Cette prothèse est reliée par des câbles, d’un côté à des lunettes et une caméra, de l’autre à un mini-ordinateur, portés par la personne implantée. La caméra capture les images situées dans le champ de vision et les transmet à l’ordinateur, qui les transforme en signaux électriques et les envoie aux électrodes. Celles-ci stimulent les ganglions rétiniens en fonction des différents motifs de la scène visuelle. Le patient peut alors apprendre à interpréter les sensations visuelles évoquées pour «voir les images». Plus les motifs sont précis et nombreux, plus ce processus de reconnaissance est aisé.

Une surface plus large pour un plus grand nombre d’électrodes

Le dispositif conçu par les scientifiques de l’EPFL comporte également une grille d’électrodes, des lunettes et une caméra, mais fonctionne complètement sans fil. Pour élargir le champ de vision et augmenter la qualité des images, les chercheurs ont conçu une prothèse avec une surface plus large. Grâce à sa taille, cet implant sera en contact avec un plus grands nombre de cellules rétiniennes, qui seront donc plus nombreuses à être stimulées par les électrodes. «Cela va avoir un impact sur le champ de vision, qui va s’élargir, souligne Laura Ferlauto, collaboratrice scientifique au LNE. Les solutions actuelles stimulent uniquement les cellules au centre de la rétine». «Cela permet aussi d’augmenter le nombre d’électrodes, et donc améliorer la précision des images visualisées», indique Naïg Chenais, doctorante au LNE.

Visualisation d'une même image, selon le nombre de pixels

Des contraintes liées à l’implantation

En effet la taille des implants était jusque-là limitée, notamment par la taille de l’incision nécessaire pour insérer la prothèse. «Elle doit rester la plus petite possible pour ne pas endommager les tissus», indique Naïg Chenais. Afin de contourner cet obstacle, les scientifiques ont utilisé un matériau extrêmement souple, permettant de plier la prothèse lors de son insertion, et donc d’augmenter sa surface sans implication sur la taille de l’incision. Le matériau choisi est un polymère transparent, non toxique pour l’homme et déjà utilisé dans le milieu médical. «Grâce à sa souplesse, ce polymère va également permettre à la prothèse d’adopter une forme véritablement sphérique, et donc d’être en contact très proche avec les ganglions rétinaux», ajoute Marta Airaghi Leccardi, également doctorante à la Chaire Medtronic en neuro-ingénierie.

Des cellules photovoltaïques pour un système sans fil

Les scientifiques ont également innové avec un dispositif entièrement sans fil, en remplaçant les électrodes par des cellules photovoltaïques. Contrairement aux électrodes, ces cellules produisent un courant électrique directement grâce à l’énergie lumineuse, sans avoir besoin d’alimentation électrique. La lumière capturée par la caméra ne doit plus être transformée en signaux électriques, mais doit être intensifiée afin de pouvoir être reçue et traitée par les cellules photovoltaïques. «Pour qu’elles réagissent, elles doivent recevoir des signaux lumineux dotés de certaines caractéristiques spécifiques, comme l’intensité, la durée ou la longueur d’onde, souligne Laura Ferlauto. La lumière naturelle ne suffirait pas.» Les cellules photovoltaïques présentent finalement un second avantage, celui de prendre moins de place que les électrodes. Il est donc possible d’en mettre un plus grand nombre sur la prothèse, avec à nouveau un impact sur l’acuité visuelle et le champ de vision.

Un prototype de cet implant a été développé et soumis à des premiers tests, démontrant ainsi sa non-toxicité ainsi que la possibilité d’augmenter le champ de vision et l’acuité visuelle. La prochaine étape sera la réalisation de tests in vivo, pour observer des aspects tels que la réaction des cellules ou la durée de vie de l’implant. «Il sera également nécessaire d’observer comme l’humain peut apprendre cette nouvelle façon de voir, qui n’est pas notre vision naturelle», conclut Laura Ferlauto.

²Design and validation of a foldable and photovoltaic wide-field epiretinal prosthesis², Nature Communications, Laura Ferlauto¹, ‡, Marta J. I. Airaghi Leccardi¹, ‡, Naïg A. L. Chenais¹, ‡, Paola Vagni¹, Michele Bevilacqua¹, Thomas J. Wolfensberger², Kevin Sivula³ and Diego Ghezzi¹*

¹ Medtronic Chair in Neuroengineering, Center for Neuroprosthetics, Institute of Bioengineering, School of Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland

² Hôpital Ophtalmique Jules Gonin, Université de Lausanne, Switzerland

³ Laboratory for Molecular Engineering of Optoelectronic Nanomaterials, Institute of Chemical Sciences and Engineering, School of Basic Science, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland

Cette recherche est soutenue par la Commission européenne (EU project 701632), la Fondation Pierre Mercier pour la science et Velux Stiftung (Project 1102).