Sebuah langkah penting menuju prostesis visual: elektroda biokompatibel dapat mengubah cahaya inframerah menjadi impuls saraf, seperti yang ditunjukkan oleh tim di TU Wien.
Pada beberapa orang, reseptor cahaya pada retina rusak, namun struktur saraf yang mendasarinya masih utuh. Dalam hal ini, implan visual berpotensi membantu di masa depan: film fotovoltaik tipis yang biokompatibel mendeteksi radiasi, mengubahnya menjadi sinyal listrik, dan menggunakannya untuk menstimulasi jaringan saraf yang hidup. Hal ini kini telah dicapai untuk pertama kalinya dalam uji laboratorium di TU Wien.
Mata bekerja dengan cara yang salah
Mata kita dibangun dengan cara yang tampaknya berlawanan dengan intuisi: cahaya yang masuk melewati beberapa lapisan neuron retina sebelum mencapai fotoreseptor, yaitu sel yang benar-benar mendeteksi cahaya. Baru kemudian sinyal tersebut berjalan kembali melalui jaringan saraf, tempat informasi dari fotoreseptor diproses, sebelum akhirnya mencapai sel ganglion dan dikirim ke otak. Ini seperti menempatkan kabel tepat di depan lensa kamera dan mengambil semua gambar melalui kabel yang kusut. Namun indera penglihatan kita dapat mengatasi hal ini – kita telah menyempurnakan rute sinyal aneh ini dalam perjalanan evolusi.
“Dalam upaya sebelumnya untuk mengganti fotoreseptor yang rusak dengan elektroda buatan, sel ganglion sering kali distimulasi secara langsung,” jelas Prof. Günther Zeck dari Institute of Biomedical Electronics di TU Wien. “Namun, ini berarti pemrosesan sinyal yang biasanya terjadi di jaringan saraf di belakang retina tidak dimanfaatkan. Hal ini menghasilkan kesan optik yang terdistorsi dan tidak memuaskan.” Dimungkinkan juga untuk merangsang jaringan saraf – ini telah dicoba menggunakan fotodioda berbasis silikon. Namun, benda ini keras dan tidak fleksibel, sehingga penggunaannya pada mata hidup menjadi sangat tidak praktis.”
Memanfaatkan jaringan saraf alami
Di TU Wien, pendekatan berbeda diambil: sensor fotovoltaik organik biokompatibel ditempatkan di belakang retina dan digunakan untuk menstimulasi bukan sel ganglion secara langsung, namun jaringan saraf yang juga digunakan dalam proses visual alami, yang pada gilirannya mengaktifkan sel ganglion. Ini menghasilkan sinyal yang jauh lebih sesuai dengan hasil proses visual alami.
Namun, sensor foto tidak menangkap cahaya tampak; ia bereaksi terhadap panjang gelombang dalam rentang inframerah. Gelombang-gelombang ini sulit disaring oleh retina, sehingga gelombang-gelombang tersebut melewati mata dan menuju ke sensor dengan relatif bebas hambatan.
Di TU Wien, jaringan retina dari tikus yang hampir tidak memiliki fotoreseptor diperiksa. Namun, sel ganglion dan lapisan jaringan saraf di bawahnya masih utuh. Fotosensor ditempatkan di belakang jaringan ini, dan kemudian seluruh sistem disinari dengan cahaya inframerah. Sinyal yang dihasilkan di sel ganglion kemudian diukur.
“Sel ganglion menunjukkan pola aktivitas yang sangat mirip dengan perilaku alami mata yang sehat,” kata Andrea Corna, penulis pertama publikasi terbaru ini. “Ini hanya mungkin terjadi karena kita tidak menstimulasi sel ganglion secara langsung, melainkan jaringan saraf alami, yang memproses data dengan cara yang benar dan kemudian meneruskannya ke sel ganglion.”
Langkah penting menuju prostesis visual
Dengan lapisan fotovoltaik organik D18:Y6 yang baru, tim peneliti untuk pertama kalinya berhasil menghasilkan sinyal listrik secara andal di area subretinal menggunakan bahan organik ultra-tipis dan fleksibel, sehingga mengaktifkan jaringan saraf alami retina.
Pada saat yang sama, ditunjukkan bahwa bahan tersebut dapat ditoleransi dengan baik jika bersentuhan dengan jaringan biologis – suatu prasyarat penting untuk aplikasi medis. “Hasil ini membuka perspektif baru untuk pengembangan implan retina yang fleksibel, biokompatibel, dan dioperasikan secara nirkabel yang dapat menghasilkan kesan visual yang jauh lebih alami di masa depan,” harap Günther Zeck. “Langkah selanjutnya adalah mengoptimalkan lebih lanjut arsitektur elektroda, mengontrol rangsangan dengan lebih tepat, dan mengembangkan lebih lanjut teknologi untuk suatu hari mewujudkan implan mini beresolusi tinggi.”
Publikasi asli
A. Corna dkk., Elektroda Fotovoltaik Organik Inframerah Dekat untuk Neurostimulasi Subretinal, Materilas Fungsional Tingkat Lanjut (2025). https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202515327
