Протезам сетчатки увеличивают разрешение

Перед имплантатами сетчатки разворачиваются всё более широкие перспективы: пока одни исследователи убеждаются в новых возможностях уже имеющихся заменителей сетчатки, другие работают над очередным поколением таких протезов, обладающих чуть бόльшим разрешением.

Глаза — один из самых сложных органов, и нейробиологи до сих пор выясняют, как визуальные стимулы превращаются в нём в подробные информационные сообщения, доступные для понимания мозга. При этом трудно найти орган, который был бы столь же хрупким, как глаз. Расстройства зрения — одни из самых распространённых болезней, и чтобы убедиться в этом, достаточно посчитать, скольких людей в очках вы можете встретить за день.

Однако самые серьёзные неприятности со зрением — это не проблемы, скажем, с хрусталиком (та же близорукость), а заболевания сетчатки. Это и макулодистрофия, и пигментный ретинит, и многое другое. Появление этих недугов зависит от разных причин, от возрастных до генетических, но в одном они похожи: каждая такая болезнь сопровождается гибелью фоточувствительных и проводящих клеток сетчатки. В случае, например, с пигментным ретинитом (наследственным заболеванием, поражающим одного из 4 тыс. человек в США) у больного ухудшается острота зрения, он начинает всё хуже видеть в темноте, пропадает боковое зрение — и около четверти больных заканчивают слепотой.

Схема работы устройства, имитирующего сетчатку и состоящего из внешней камеры и посаженного на глаз микрочипа, который стимулирует клетки глазного нерва (рисунок Florida International University).

Заболевания сетчатки не были бы столь неприятны, если бы мы могли их лечить, однако до сих пор в таких случаях всё ограничивается поддерживающей терапией и попытками по возможности замедлить болезнь. С потерей же фоторецепторов приходится мириться: что пропало, то пропало.

Однако в последнее время в связи с успехами в клеточных нейробиологических технологиях учёные всё чаще задумываются о том, как восстановить утраченные фоторецепторы. Самый очевидный выход — использовать стволовые клетки, которые могут превратиться в нужные клетки сетчатки. И здесь, надо сказать, есть впечатляющие успехи: во-первых, таким образом удалось вернуть хоть какое-то зрение полностью слепым мышам; во-вторых, получилось доказать безопасность применения стволовых клеток в сетчатке человека — у больных не развивалось ни опухолей, ни ненужных иммунных реакций. Ну и, конечно, нельзя не упомянуть амбициозную попытку японских учёных вырастить в пробирке готовый глаз, хотя эта работа важна скорее в фундаментальном, нежели практическом, клинико-медицинском смысле.

С другой стороны, есть нейрокомпьютерные решения этой проблемы, основывающиеся на простом соображении: раз у нас, считай, нет сетчатки, то нельзя ли просто заменить её электронным протезом? Одно из таких приспособлений было создано компанией Second Sight: её Argus II стал первым «заменителем сетчатки», рекомендованным к широкому использованию Министерством здравоохранения США. Хотя клинические испытания Argus II прошли успешно, возможности этого аппарата всё ещё изучаются. И одно из таких исследований было представлено на ежегодном съезде Американской офтальмологической академии исследователями, возглавляемыми Ивонной Ло из Глазной больницы Мурфилдс (Великобритания).

Argus II состоит из миниатюрной видеокамеры на очках и устройства, которое беспроводным образом передаёт визуальную информацию на электронный имплантат. Задача имплантата, вживлённого в глаз, — стимулировать клетки, собирающие информацию в зрительный нерв, в соответствии с инструкциями, полученными от «внешнего устройства». Электродов, которые стимулируют клетки сетчатки, у Argus II целых 60.

В эксперименте участвовали восемь пациентов, почти лишённых зрения из-за дегенерации сетчатки. Им нужно было отличить друг от друга два предмета (белый и металлический), расположенные на тёмном фоне; в другом варианте опыта следовало различить два предмета, контуры которых были дополнительно выделены. Сначала человек пытался проделать это с выключенным нейрооптическим устройством, потом — с включённым, но работающим с помехами и, наконец, с нормально работающим устройством.

Без камеры и имплантата различить два предмета удавалось в 12,5% случаев в первом опыте и в 9,4% — во втором. С плохо работающим устройством процент успеха поднимался до 26,2% и 20,7% соответственно. Наконец, с нормально функционирующим устройством точность различения достигала 32,8% в первом случае и 41,4% — во втором. В исследовании участвовали люди с самой тяжёлой формой пигментного ретинита, и то, что они смогли различить весьма похожие объекты, которые к тому же были неподвижны, не может не впечатлять.

Сетчатка-микрочип, разработанная профессором Кинзи Джонсом и его сотрудниками из Флоридского международного университета (фото fiu).

Возможности Argus II, как уже сказано, продолжают исследоваться, и учёным только предстоит убедиться, что у пациентов не возникает никаких побочных эффектов после вживления имплантата, а само устройство вполне надёжно и не требует переустановки. Однако Second Sight не единственная компания, занимающаяся разработками в этой области; вполне успешную конкуренцию ей составляет Boston Retinal Implant Project (США) с участием исследователей из Гарварда, Массачусетского технологического института, Флоридского международного университета и др.

Во всех устройствах такого рода должен быть микрочип, который будет передавать внешние сигналы на клетки, образующие глазной нерв. Это происходит с помощью электродов, ведущих от микрочипа к клеткам, и у Argus II таких электродов, напомним, шесть десятков. Однако понятно, что чем больше электродов, тем более детальным будет изображение: микрочип сможет стимулировать больше клеток и тем самым сообщать в мозг больше информации.

То есть тут с уверенностью можно предсказать борьбу за повышение числа электродов — примерно как в процессорных технологиях шла война за то, чтобы уместить как можно больше транзисторов на единице площади. И вот профессору Кинзи Джонсу (Kinzy Jones) из Флоридского международного университета вместе со своими сотрудниками удалось сделать впечатляющий шаг вперёд: их технология позволяет производить чипы уже не с 60, а с 256 электродами. Правда, пока что эта технология ждёт клинических испытаний, но, надо думать, увеличение числа «пикселов» непременно скажется на качестве «картинки», которую будет видеть человек с дефектом зрения.

Вместе с тем не стоит думать, что такие устройства — это панацея от проблем, связанных с нарушениями работы сетчатки. Какими бы серьёзными ни были успехи в создании протезов сетчатки, вряд ли такие имплантаты в обозримом будущем полностью заменят её в человеческом глазу. Поэтому одновременно проходят испытания всевозможных средств и способов, от электростимуляции до генетических лекарств, которые могли бы замедлить повреждения сетчатки и спасти как можно больше её фоточувствительных клеток.

Подготовлено по материалам Флоридского международного университета и Medical Xpress.