На днях представители Университета Мичигана (США) объявили, что им удалось сконструировать первую в мире искусственную сетчатку глаза

Нейроинтерфейс, состоящий из многослойной пленки, способен преобразовывать свет в электрические импульсы, которые затем посредством электродов передаются к нервным окончаниям зрительных нейронов. Как заявляется, дальнейшее совершенствование этих технологий позволит возвратить зрение многим больным вживлением подобных конструкций прямо им в глаза.

Исследования проводились группой ученых под руководством нашего соотечественника выпускника химфака МГУ профессора Николая Котова. В течение нескольких лет в сотрудничестве с медицинским отделением Техасского университета отрабатывались возможности передачи информации от электронных чипов к живым нейронам. Ученые отмечают, что им удалось связать нервные клетки со специальной фотосенсорной пленкой. 'В попытке построить интерфейс мы применили ряд инновационных разработок на основе нанотехнологий — рассказывает Николай Котов.

За основу была взята многослойная пленка, покрытая частицами, обладающими квантовыми эффектами и содержащими ртуть, а также имеющая положительно заряженный слой полимера PDDA. При облучении светом конструкция начинала вырабатывать слабые электрические токи, после чего они передавались нейронам. 'В результате удалось добиться более-менее четкой картины передачи импульсов, и мы надеемся, что интерфейс будет способен передавать не только свет, но и цвета, — продолжает Николай Котов. — И возможно, эти технологии позволят в будущем создать искусственную сетчатку глаза, предназначенную для пересадки человеку'.

Как заявляется, благодаря использованию полимеров конструкция более биологически совместима с тканями человека, чем все имеющиеся аналоги. Кроме того, светочувствительный интерфейс не требует дополнительных источников питания и работает от попадающего на него света. 'Эксперименты по созданию конструкций, способных частично заменить человеческий глаз, ведутся еще с 60-х годов прошлого века, — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией физиологии сенсорных систем Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН академик РАН Игорь Шевелев. — Многие из них имели интересные результаты. Некоторые ученые пытались даже вживлять подобные конструкции человеку'.

Человеческая сетчатка — это не просто набор светочувствительных элементов, палочек и колбочек, но и сложнейшая система обработки информации, кодирующая изображения окружающего мира для последующей передачи их в мозг. Первые глазные протезы были изготовлены в Германии и представляли собой комбинацию видеокамер и компьютера, подобно живой сетчатке преобразующего изображения в нервные импульсы. Во время экспериментов нескольким добровольцам были вживлены электроды прямо в мозг, после чего к ним был подключен этот искусственный глаз. В итоге люди начинали видеть свет и даже очертания некоторых предметов. Они ориентировались в квартирах, но для того чтобы различать отдельные предметы, приходилось красить их в разные яркие цвета.

В последующем нейробиологи стремились миниатюризировать устройства. Прорыв наступил в 90-х годах, когда ученые из университетов Стэнфорда и Пенсильвании (США) создали первый прототип искусственной сетчатки на основе кремниевых структур.

В отличие от предыдущих попыток восстановить пациентам утраченное зрение при помощи внешних камер новая искусственная сетчатка могла быть имплантирована непосредственно в глаз. Размер имплантата составлял 3,5 х 3,3 мм, и для его изготовления использовалось 5760 фоторецепторов, имитирующих колбочки с палочками, а также 3600 электродов, заменяющих нейроны сетчатки. Как заявлялось, кремниевый имплантат потреблял порядка 0,1 Вт энергии и был рассчитан на 15 лет безотказной службы.

Разработкой искусственной кремниевой сетчатки ASR (Artificial Silicon Retina) занимается и американская фирма Optobionics, созданная в середине 90-х братьями Аланом и Винсентом Чоу. Первые опытные образцы ASR были испытаны на животных еще в 1990 году. А в 2000-м в медицинском центре Университета Иллинойса (Чикаго) и в центральной больнице DuPage (Уинфилд) были проведены первые операции по вживлению ASR человеку.

Искусственная кремниевая сетчатка представляет собой микросхему диаметром 2 мм и толщиной 0,025 мм, содержащую приблизительно 3,5 тыс. фотодиодов, преобразующих свет в электрические импульсы и возбуждающих зрительные нервные окончания. Параллельно с вживлением искусственной сетчатки пациенту устанавливалась контактная линза, обеспечивающая фокусировку света. 'К сожалению, при использовании искусственных конструкций многие исследователи сталкиваются с рядом трудностей, преодолеть которые еще не удалось, — продолжает академик Игорь Шевелев. — Самым существенным из них является отторжение интерфейса организмом после сравнительно короткого периода функционирования'.

Электроды, вживленные в мозг или нервные ткани, постепенно обрастали рубцами, искажающими электрические импульсы. И в итоге связь чипа с нейронами прерывалась. 'Создание устройства, способного преобразовывать свет в электричество и передавать это все к нервным окончаниям, не проблема, — рассказывает РБК daily заведующий лабораторией физиологии зрения Института физиологии им. Павлова доктор медицинских наук Юрий Шелепин. — Трудность заключается в том, что пока нет возможности эффективно подключить этот интерфейс к мозгу. Не в технике дело, а в стыковке'.

По мнению специалистов, если медики начнут ставить больным подобные имплантаты сейчас, то через небольшие промежутки времени придется делать повторные операции, переустанавливая чипы, в результате чего живым тканям может быть причинен существенный вред. Необходимо искать более совместимые с биологическими тканями материалы. И пока они не будут найдены, речи о реальном использовании искусственных электронных сетчаток вестись не должно.

Однако правительство США, Евросоюз и Япония ежегодно инвестируют в нанотехнологические исследования около 1 млрд долл. И у оптимистов нет сомнения, что рано или поздно биосовместимые материалы будут найдены. 'Что же касается результатов работы коллектива ученых из Мичиганского и Техасского университетов, то это явно серьезные исследования и значительное достижение, — продолжает Игорь Шевелев. — Но к созданию искусственной сетчатки для протезирования зрения они прямого отношения пока не имеют. Это лишь декларации о намерениях. Ну а удастся ли коллегам из США достичь цели — увидим'.

Между тем над возможностью заменить ткани глаза работают и специалисты по стволовым клеткам. В начале марта на симпозиуме по вопросам репродуктивной медицины в городе Иокогама результаты уникального эксперимента обнародовали биологи Токийского университета. По их заявлению, используя единственную человеческую клетку, японские медики смогли вырастить роговицу и другие компоненты глаза. В ходе исследований выделенные стволовые клетки были помещены в питательную среду искусственных химических соединений. Спустя неделю они развились в группу клеток, а на четвертой неделе преобразовались в роговицу диаметром 2 см. Таким же образом был получен и тонкий защитный слой — конъюнктива, покрывающая роговицу снаружи. При пересадке живые ткани отторгаться не должны. И возможно, скоро очередь дойдет и до выращивания полноценной сетчатки.

назад