视网膜退行性疾病是导致失明的主要原因，且目前缺乏有效疗法。视网膜假体旨在通过刺激视网膜中残存的神经元来恢复部分视觉功能。本项研究提出并验证了一种创新的“光声视网膜刺激”技术。研究团队设计了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）和碳材料的柔性薄膜，该薄膜可将近红外激光脉冲转换为高度局域化的超声场，从而精准刺激视网膜中对机械力敏感的细胞，成功在退化的视网膜中调控了神经活动并激活了下游视觉通路。

这项重要研究由Audrey Leong, Yueming Li, Thijs R. Ruikes 等人共同完成。研究成果以论文《A flexible photoacoustic retinal prosthesis》的形式在线发表于期刊《Nature Communications》。

重要发现
本研究系统性地开发并验证了一种用于视觉修复的新型光声视网膜假体，其核心发现涵盖材料设计、体外体内有效性验证及生物安全性评估。

这种设计巧妙地结合了光学激发的高空间可控性与超声波对神经组织的有效刺激能力。关键的技术参数包括：激光脉冲能量在7微焦时，薄膜在0.9毫米距离处可产生146.2千帕的峰峰值声压；在通过50微米光纤进行点照射时，产生的超声场横向分辨率（半高全宽）可达51-56微米，这为实现高精度视网膜刺激奠定了基础。此外，测量表明在最大激光功率照射下，薄膜表面的温升低于0.52°C，远低于可能引起热神经调制或组织损伤的阈值，确保了刺激过程的安全性。

体外有效性：在健康视网膜中，高达78%的RGCs对光声刺激产生响应，且主要为兴奋性响应（92%），平均响应延迟为51毫秒。在退化的P23H视网膜中，尽管响应比例（39%）和强度低于健康视网膜，但光声刺激同样能有效调制RGCs的活动，证明了退化视网膜仍保留对超声刺激的敏感性。通过药理学阻断实验（如使用L-AP4阻断感光细胞与双极细胞间的信号传递），研究人员发现，感光细胞是产生快速响应（延迟<45毫秒）的主要贡献者，而内视网膜的细胞也参与了响应过程。

空间分辨率：通过移动激光刺激点并绘制RGCs的响应图谱，研究发现响应的RGCs主要聚集在激光照射点周围。在距离刺激点中心100微米范围内，约70%以上的RGCs被调制，而在400微米处，该比例降至14%以下，证实了光声刺激具有高度的空间局域性。

体内视觉通路激活：研究进一步在活体大鼠视网膜下植入毫米尺寸的光声薄膜。通过功能超声成像技术监测大脑视觉通路中上丘的神经活动。结果表明，对植入薄膜进行光声刺激，能够成功引发对侧上丘区域脑血容量的显著增加，其激活强度和范围与使用可见光（595纳米）直接刺激健康视网膜所产生的效果相当。而直接使用相同参数的1030纳米激光照射视网膜（无薄膜）则无法引发显著的上丘激活，排除了激光本身直接刺激视网膜的可能性。

创新与亮点
本研究的核心创新在于提出并实证了“光声视网膜假体”这一全新范式，它巧妙融合了光学与声学的优势，为视觉修复领域带来了突破性的解决方案。

解决高分辨率与宽视野难以兼得的难题：现有的电刺激视网膜假体（如PRIMA）虽能实现约100微米的分辨率，但视野受限；而非侵入的聚焦超声刺激虽能覆盖较广区域，但其二维阵列的“像素”密度和分辨率提升面临瓶颈。本研究的创新之处在于，利用连续的光声薄膜作为“屏幕”，将刺激的“像素”定义权交给了入射的激光图案。理论上，通过数字微镜器件结合多芯光纤，可以将超过百万像素的激光图案投射到薄膜上，从而实现极高的空间分辨率与超大视野的兼得。本研究已验证了基于单点激光的51微米级超声聚焦能力，为未来实现高精度视觉重建奠定了物理基础。

开创“光控声”精准神经刺激新方法：在生物成像与调控领域，如何无创、精准地刺激深部组织神经元一直是重大挑战。本研究将光声成像的“逆向”过程应用于神经刺激。它使用近红外激光（组织穿透性好）远程激发植入薄膜，在目标位置（视网膜）原位产生高度局域化的超声波，从而精准刺激机械敏感性细胞。这种方法的刺激压力阈值（0.05 MPa）比此前报道的基于体外换能器的超声视网膜刺激低两个数量级，且机械指数和热效应均符合FDA眼科超声设备的安全指南，在“精准”与“安全”之间取得了优异平衡。

总结与展望
本研究成功开发了一种柔性光声视网膜假体，通过实验证明其能够利用近红外激光在视网膜原位产生局域化超声波，有效调控退化视网膜的神经活动并激活大脑视觉通路，同时具备良好的生物安全性。这项技术融合了光学的高分辨操控与超声的深部刺激优势，为下一代高精度、大视野视觉修复假体提供了创新性的解决方案。展望未来，研究需进一步探索长期植入的安全性与稳定性、视网膜机械敏感性的长期适应机制，并开发多像素激光投射系统以在更大动物模型乃至人体中验证其恢复功能性视觉的潜力，最终推动这项技术走向临床，造福广大失明患者。

DOI:10.1038/s41467-025-67518-6.